JP4962422B2 - 到来電波方位測定装置、到来電波方位測定方法及び到来電波方位測定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを用いて受信信号の到来方位を測定する到来電波方位測定装置等に関する。以下、「到来電波方位測定」を「到来方位測定」と略称する。

広帯域の到来方位測定装置を実現するには、その受信帯域幅に対してオーバーサンプリングで標本化するために、高速Ａ／Ｄ変換器を複数必要とする（例えば特許文献１）。オーバーサンプリングとは、ナイキスト標本化周波数よりも高い周波数でアナログ信号をサンプリングすることをいい、アナログ信号の持つ情報を保持することができる。つまり、複数のアンテナの各出力信号からオーバーサンプリングで位相情報を取得するため、オーバーサンプリングを実現できる複数の高速Ａ／Ｄ変換器が必要となる。

特開２００５−１９７７７２号公報

このような到来方位測定装置の第１の問題点は、複数の受信系統が必要となることにより、必然的に高速Ａ／Ｄ変換器を複数準備しなければならないことである。その結果、高速Ａ／Ｄ変換器は複雑かつ高価であるため、装置全体として大型化及び高価格化を招いていた。

また、第２の問題点は、高速Ａ／Ｄ変換を複数使用するため、装置全体の消費電力が大きくなり、それに伴い大型の排熱機構が必要となることである。そのため、装置全体が更に大型化していた。

そこで、本発明の目的は、複数の高速Ａ／Ｄ変換器を削減して構成を簡素化し得る到来方位測定装置等を提供することにある。

本発明に係る到来方位測定装置は、単一のアンテナから入力した受信信号の周波数を測定する周波数測定部と、前記単一のアンテナとは異なる複数のアンテナから入力した受信信号の到来方位を測定する方位測定部とを備え、前記方位測定部が、前記複数のアンテナから入力した複数の受信信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能と、前記周波数測定部によって測定された前記周波数に対応する折り返し信号を前記複数のディジタル信号毎に検出する折り返し信号検出機能と、これらの検出された複数の各折り返し信号相互間の位相差に基づいて前記受信信号の到来方位を測定する方位測定機能とを有する、ことを特徴とする。

本発明に係る到来方位測定方法は、単一のアンテナから入力した受信信号の周波数を測定するとともに前記単一のアンテナとは異なる複数のアンテナから入力した複数の受信信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換し、これらの各ディジタル信号に含まれる前記周波数に対応する折り返し信号を検出し、これらの折り返し信号相互間の位相差に基づいて前記受信信号の到来方位を測定する、ことを特徴とする。
単一のアンテナから入力した受信信号の周波数を測定する周波数測定部と、複数のアンテナから入力した複数の受信信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、コンピュータとを備えた到来方位測定装置に用いられ、

本発明に係る到来方位測定プログラムは、単一のアンテナから入力した受信信号の周波数を測定する周波数測定部と、複数のアンテナから入力した複数の受信信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、コンピュータとを備えた到来方位測定装置に用いられ、前記周波数測定部によって測定された前記周波数を入力する周波数入力機能と、前記複数のＡ／Ｄ変換器で変換された前記複数のディジタル信号の一つごとに当該ディジタル信号に含まれる前記周波数に対応する折り返し信号を検出する折り返し信号検出機能と、これらの折り返し信号相互の位相差に基づいて前記受信信号の到来方位を測定する方位測定機能と、を前記コンピュータに実現させるためのものである。

本発明によれば、複数のアンテナから入力した複数の受信信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換し、そのディジタル信号に含まれる折り返し信号に基づいて受信信号の到来方位を測定することにより、複数の高速Ａ／Ｄ変換器の代わりに複数の低速Ａ／Ｄ変換器を用いることができ、これにより装置全体を簡素化できるので、小型化及び低価格化を達成できる。

図１は、本発明の第一実施形態に係る到来方位測定装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。

本実施形態の到来方位測定装置１は、周波数測定部２０と方位測定部１０とを基本的に備えている。周波数測定部２０は、単一のアンテナ２１から入力した受信信号の周波数を測定する。方位測定部１０は、複数のアンテナ１１から入力した複数の受信信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換するとともに、周波数測定部２０によって測定された前記周波数を入力し、前記複数のディジタル信号の一つごとに当該ディジタル信号に含まれる前記周波数に対応する折り返し信号を検出し、これらの折り返し信号相互の位相差に基づいて前記受信信号の到来方位を測定する。

周波数測定部２０は、単一のアンテナ２１と、アンテナ２１から入力したＲＦ信号を一定帯域のアナログ信号に変換する受信機２２と、受信機２２で変換されたアナログ信号をオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換する高速Ａ／Ｄ変換器２３と、高速Ａ／Ｄ変換器２３で変換されたディジタル信号から受信信号を検出する信号検出器２４と、信号検出器２４で検出された受信信号の周波数を測定する周波数測定器２５とを備えている。

方位測定部１０は、複数のアンテナ１１と、これらのアンテナ１１から入力した複数のＲＦ信号をそれぞれ一定帯域の複数のアナログ信号に変換する複数の受信機１２と、これらの受信機１２で変換された複数のアナログ信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換する複数の低速Ａ／Ｄ変換器１３と、周波数測定部２０によって測定された周波数を入力し、複数の低速Ａ／Ｄ変換器１３によって変換された複数のディジタル信号の一つごとに当該ディジタル信号に含まれる前記周波数に対応する折り返し信号を検出し、これらの折り返し信号相互の位相差に基づいて受信信号の到来方位を測定する加算器１５及び方位測定器１４とを備えている。なお、特許請求の範囲における「方位測定器」は、本実施形態における「加算器１５及び方位測定器１４」に相当する。

アンダーサンプリングとは、ナイキスト標本化周波数よりも低い周波数でアナログ信号をサンプリングすることをいい、アナログ信号の周波数に対応する折り返し信号が変換後のディジタル信号に現れる。折り返し信号は、本発明では信号として利用するのでそう呼ぶが、一般に雑音として扱われ折り返し雑音と呼ばれるものである。

周波数測定部２０では、単一のアンテナ２１から入力した受信信号の周波数を測定する。一方、方位測定部１０では、複数のアンテナ１１から入力した複数の受信信号を、それぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換する。各ディジタル信号には、受信信号の周波数に対応する折り返し信号が現れる。折り返し信号は、受信信号の周波数とアンダーサンプリングの周波数とによって決まる周波数を有する。受信信号の周波数は周波数測定部２０から入力でき、アンダーサンプリングの周波数は既知であるから、折り返し信号の周波数を特定することができる。すなわち、各ディジタル信号から折り返し信号の周波数成分を取り出すことにより、各ディジタル信号に含まれる折り返し信号を検出することができる。

各折り返し信号は、受信信号の到来方向に対応した位相を有する。例えば、送信源に近い側のアンテナ１１から得られたディジタル信号に含まれる折り返し信号は、送信源から遠い側のアンテナ１１から得られたディジタル信号に含まれる折り返し信号よりも、位相が進んでいる。したがって、各折り返し信号相互の位相差に基づいて、受信信号の到来方位を測定することができる。

このように、到来方位測定装置１によれば、複数の高速Ａ／Ｄ変換器の代わりに複数の低速Ａ／Ｄ変換器１３を用いて、受信信号の到来方位を測定することができることにより、装置全体を簡素化できるので、小型化及び低価格化を達成できる。

図２［１］は高速Ａ／Ｄ変換器２３による標本化（サンプリング）のスペクトルを示すグラフ、図２［２］低速Ａ／Ｄ変換器１３による標本化（サンプリング）のスペクトルを示すグラフである。以下、図１及び図２に基づき、更に詳しく説明する。

図１に示すように、本実施形態では、到来方位測定装置１が更に制御部３０を備えている。すなわち、到来方位測定装置１は方位測定部１０、周波数測定部２０及び制御部３０を含んで構成され、制御部３０は受信機１２、加算器１５及び受信機２２に接続されている。方位測定部１０はアンテナ１１、受信機１２、低速Ａ／Ｄ変換器１３、方位測定器１４及び加算器１５を含んで構成され、アンテナ１１、受信機１２及び低速Ａ／Ｄ変換器１３はそれぞれ複数で構成される。周波数測定部２０はアンテナ２１、受信機２２、高速Ａ／Ｄ変換器２３、信号検出器２４及び周波数測定器２５を含んで構成され、周波数測定器２５は加算器１５に接続されている。

高速Ａ／Ｄ変換器２３は、受信機２２の受信帯域幅に対して十分高速なサンプリング周波数（ナイキスト標本化周波数以上：オーバーサンプリング）を有している。一方、低速Ａ／Ｄ変換器１３は、受信機１２の受信帯域幅に対して低速なサンプリング周波数（ナイキスト標本化周波数以下：アンダーサンプリング）を有している。受信機１２，２２の受信帯域幅は、この条件内で測定者が予め適当に設定してよい。制御部３０は、測定者が設定した測定周波数情報を受信機１２、加算器１５及び受信機２２に通知する。

受信機２２は、制御部３０から受け取った測定周波数情報に同調して、アンテナ２１からのＲＦ信号を帯域制限されたベースバンド信号に変換する。高速Ａ／Ｄ変換器２３は、ベースバンド信号をオーバーサンプリングでディジタルベースバンド信号に変換する。オーバーサンプリングでベースバンド信号を標本化しているため、ディジタルベースバンド信号に折り返し歪みは発生しない。信号検出器２４は、ディジタルベースバンド信号から受信信号入力の有無を調べ、信号入力がある場合は周波数測定器２５に入力検出信号を発生する。周波数測定器２５は、検出信号を受け取ると、ディジタルベースバンド信号から受信信号のベースバンド周波数を測定し、加算器１５にベースバンド周波数情報を通知する。例えば、周波数測定器２５はカウンタ等からなる。

なお、本実施形態では、高速Ａ／Ｄ変換器２３で広帯域に取得したディジタルベースバンド信号を用いて周波数を測定する手段を記述した。しかし、この手段に限らず、別の手段を用いて周波数を測定しても良い。具体的には、同調周波数をずらした複数の狭帯域ディジタルベースバンド信号から周波数を測定する手段や、アナログ周波数測定による手段などが適用できる。

一方、受信機１２は、制御部３０から受け取った測定周波数情報に同調して、複数のアンテナ１１で受信したＲＦ信号をそれぞれ帯域制限されたベースバンド信号に変換する。低速Ａ／Ｄ変換器１３は、各ベースバンド信号をアンダーサンプリングでそれぞれディジタルベースバンド信号に変換する。アンダーサンプリングで信号を標本化しているため、ディジタルベースバンド信号には折り返し信号が発生し、サンプリング周波数の半分以上の周波数を持つ信号は折り返ったイメージ信号としてディジタルベースバンド信号の中に出現する。

アンダーサンプリングによる実数信号の標本化及びその結果について、図２を用いて詳細に述べる。高速Ａ／Ｄ変換器２３のサンプリング周波数をｆｓｈ、低速Ａ／Ｄ変換器１３のサンプリング周波数をｆｓｌ、受信帯域幅をＢ、受信信号のベースバンド周波数をｆｂｂとする。そして、次式の条件において、ｆｂｂは受信帯域幅Ｂの中に含まれているものとする。なお、Ｎは自然数であり、図２の例ではＮ＝３である。
ｆｓｈ／２ ＞ ｆｂｂ かつ
（Ｎ＋１）ｆｓｌ／２ ＞ ｆｂｂ ＞ Ｎｆｓｌ／２

このとき、図２［１］に示すように、高速Ａ／Ｄ変換器２３で標本化したディジタルベースバンド信号では、受信信号は正しくｆｂｂの周波数信号となる。一方、図２［２］に示すように、低速Ａ／Ｄ変換器１３で標本化したディジタルベースバンド信号では、受信信号は、周波数が折り返ったイメージ信号として、Ｎが奇数であれば周波数
（Ｎ＋１）ｆｓｌ／２−ｆｂｂ
に現れ、Ｎが偶数であれば周波数
ｆｂｂ−Ｎｆｓｌ／２
に現れる。更に、Ｎが奇数のときには位相が反転する。

加算器１５は、周波数測定器２５から受け取ったベースバンド周波数情報と、制御部３０から受け取った測定周波数情報とを加算してＲＦ受信信号の周波数情報とし、これを方位測定器１４に通知するとともに、既知の低速Ａ／Ｄ変換器１３のサンプリング周波数との比較から、
（Ｎ＋１）ｆｓｌ／２ ＞ ｆｂｂ ＞ Ｎｆｓｌ／２
を満足する自然数Ｎを決定し、Ｎが奇数の場合は位相反転の指示を方位測定器１４に通知する。

方位測定器１４は、加算器１５から受け取ったＲＦ受信信号の周波数情報、ディジタルベースバンド信号、及び複数のアンテナ１１間の距離（既知で固定値）からＲＦ信号の到来方位を測定する。ただし、加算器１５から位相反転の指示を受け取った場合には、各ディジタルベースバンド信号の位相の符号を反転させ（−１をかける）、ＲＦ信号の到来方位を測定する。

なお、複数のアンテナを用いた電波の到来方位測定処理は、当業者にとってよく知られており（例えば特許文献１）、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。

図３乃至図５は、到来方位測定装置１の動作を示すフローチャートである。以下、図１乃至図４を参照して到来方位測定装置１の動作について詳細に説明する。

制御部３０は、測定者からの測定周波数設定入力を常に監視し（図３［１］ステップＳ１）、測定周波数が設定されるたびに受信機１２、加算器１５及び受信機２２へ測定周波数情報を通知する（図３［１］ステップＳ２）。受信機１２及び受信機２２は、測定周波数情報を受け取ると、直ちに同調周波数を変更する（図３［１］ステップＳ３）。

受信機２２は、アンテナ２１からのＲＦ信号をベースバンド信号に変換して高速Ａ／Ｄ変換器２３へ供給する（図３［２］ステップＳ４）。高速Ａ／Ｄ変換器２３は、ベースバンド信号をディジタルベースバンド信号に変換し、そのディジタルベースバンド信号を信号検出器２４及び周波数測定器２５へ供給する（図３［２］ステップＳ５）。

信号検出器２４は、ディジタルベースバンド信号中から受信信号入力の有無を常に監視し（図４［１］ステップＳ６）、受信信号がある場合（例えば振幅やパワーが一定以上ある場合）には、入力検出信号を一定の時間間隔で周波数測定器２５へ通知する（図４［１］ステップＳ７）。周波数測定器２５は、入力検出信号を受け取るとディジタルベースバンド信号から受信信号のベースバンド周波数を測定し、ベースバンド周波数情報を加算器１５へ通知する（図４［１］ステップＳ８）。

一方、受信機１２は、各アンテナ１１からのＲＦ信号をベースバンド信号に変換してそれぞれを低速Ａ／Ｄ変換器１３へ供給する（図４［２］ステップＳ９）。低速Ａ／Ｄ変換器１３は、各ベースバンド信号をディジタルベースバンド信号に変換し、それぞれを方位測定器１４へ供給する（図４［２］ステップＳ１０）。

加算器１５は、周波数測定器２５からのベースバンド周波数情報入力を監視し（図５ステップＳ１１）、その入力がある場合には、制御部３０からの測定周波数情報と、ベースバンド周波数情報との加算により、受信信号のＲＦ周波数情報を生成する（図５ステップＳ１２）。更に、ベースバンド周波数情報ｆｂｂと既知の低速Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周波数ｆｓｌから、
（Ｎ＋１）ｆｓｌ／２ ＞ ｆｂｂ ＞ Ｎｆｓｌ／２
を満足する自然数Ｎを決定する（ステップＳ１３）。例えばＮ＝１，２，…と順次上式に代入することにより、上式を満たすＮを求める。そして、Ｎが奇数ならばＲＦ周波数情報に位相反転指示を付加して、方位測定器１４へ通知する（図５ステップＳ１４，Ｓ１５）。Ｎが偶数ならばＲＦ周波数情報のみを、方位測定器１４へ通知する（図５ステップＳ１４，Ｓ１６）。

方位測定器１４は、加算器１５から受信信号のＲＦ周波数情報を受け取ると、位相反転指示が付加されている場合には、低速Ａ／Ｄ変換器１３から供給された各ディジタルベースバンド信号の位相を反転する（図５ステップＳ１７）。そして、各ディジタルベースバンド信号と、既知のアンテナ間隔と、ＲＦ周波数情報とから到来方位を求め、測定者に出力する（図５ステップＳ１８）。

次に、本実施形態の到来方位測定方法について説明する。到来方位測定装置１の動作で説明したように、本実施形態の到来方位測定方法は、単一のアンテナ２１から入力した受信信号の周波数を測定するとともに、複数のアンテナ１１から入力した複数の受信信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換し、これらのディジタル信号の一つごとに当該ディジタル信号に含まれる前記周波数に対応する折り返し信号を検出し、これらの折り返し信号相互の位相差に基づいて前記受信信号の到来方位を測定する、ことを特徴とする。

次に、本実施形態の到来方位測定プログラムについて説明する。到来方位測定装置１が備える信号検出器２４、周波数測定器２５、加算器１５及び方位測定器１４の各機能は、コンピュータにプログラムで実現することもできる。本実施形態の到来方位測定プログラムは、加算器１５及び方位測定器１４の機能をコンピュータに実現させるためのものである。すなわち、図６に示すように、本実施形態の到来方位測定プログラムは、周波数測定部２０によって測定された前記周波数を入力する周波数入力機能６１と、複数の低速Ａ／Ｄ変換器１３で変換された前記複数のディジタル信号の一つごとに当該ディジタル信号に含まれる前記周波数に対応する折り返し信号を検出する折り返し信号検出機能６２と、これらの折り返し信号相互の位相差に基づいて前記受信信号の到来方位を測定する方位測定機能６３とを、コンピュータ６０に実現させるためのものである。

コンピュータ６０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等からなる。本実施形態の到来方位測定プログラムは、例えばＲＡＭにロードされ、ＣＰＵが一行ずつ読み出し、解釈し、そして実行する。もちろん、加算器１５及び方位測定器１４の機能だけでなく、信号検出器２４及び周波数測定器２５の機能もプログラム化してもよい。

図７は、本発明の第二実施形態に係る到来方位測定装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１と同じ部分又は概ね同じ部分は、同じ符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態の到来方位測定装置２では、高速Ａ／Ｄ変換器２３から出力されたディジタル信号を複数の帯域に分割して信号検出器２４へ出力する高速フィルタバンク４１と、複数の低速Ａ／Ｄ変換器１３から出力されたディジタル信号をそれぞれ複数の帯域に分割して方位測定器１４へ出力する複数の低速フィルタバンク５１とを更に備えている。以下、更に詳細に説明する。

本実施形態では、高速Ａ／Ｄ変換器２３の直後に高速用フィルタバンク４１と、複数の低速Ａ／Ｄ変換器１３の直後に複数の低速用フィルタバンク５１が設けられている。更に、加算器１５から方位測定器１４への接続が一つ追加されている。

高速用フィルタバンク４１及び低速用フィルタバンク５１は、ディジタルベースバンド信号を複数の帯域に分割して、帯域ごとの狭帯域ディジタルベースバンド信号に変換する。受信信号が狭帯域信号で、その帯域幅が受信帯域幅と比べて狭い場合、雑音エネルギーの影響が大きくなり、信号検出器２４、周波数測定器２５及び方位測定器１４の性能が劣化する。そのため、高速用フィルタバンク４１及び低速用フィルタバンク５１を設けて測定者が受信信号の帯域に応じてディジタルベースバンド信号を分割するよう、高速用フィルタバンク４１及び低速用フィルタバンク５１の特性を設定する。なお、高速用フィルタバンク４１及び低速用フィルタバンク５１がディジタルベースバンド信号を分割して得る複数の帯域には、それぞれバンク番号が付されている。

信号検出器２４及び周波数測定器２５は、帯域ごとのディジタルベースバンド信号を用いて処理を行うことにより、雑音エネルギーの影響を減少させることができる。更に、加算器１５が周波数測定器２５から受け取ったベースバンド周波数と既知の低速Ａ／Ｄ変換器１３のサンプリング周波数とから、前述したようにイメージ信号として出現する周波数を求めて、この周波数及びこの周波数を含む帯域のバンク番号を方位測定器１４に通知する。このバンク番号の通知が、本実施形態で追加された接続の機能である。これにより、方位測定器１４は所望の狭帯域ディジタルベースバンドのみを用いて方位測定することが可能となり、雑音エネルギーの影響を小さくすることができる。

本実施形態によれば、信号検出器２４、周波数測定器２５及び方位測定器１４に入力される信号のＳ／Ｎを向上させることで、それぞれの性能を改善できるという効果がある。なお、本実施形態の到来方位測定方法及びプログラムも、第一実施形態に準じて構成することができる。

図８は、本発明の第三実施形態に係る到来方位測定装置を示すブロック図である。図９［１］は図８における高速Ａ／Ｄ変換器による標本化（サンプリング）のスペクトルを示すグラフ、図９［２］は図８における低速Ａ／Ｄ変換器による標本化（サンプリング）のスペクトルを示すグラフである。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１及び図２と同じ部分又は概ね同じ部分は、同じ符号を付すことにより説明を省略する。

本実施形態の到来方位測定装置３では、受信機１２、低速Ａ／Ｄ変換器１３、受信機２２及び高速Ａ／Ｄ変換器２３の出力信号が複素信号に変更されている。実数信号から複素信号に変わっているため、ベースバンド信号は複素ベースバンド信号に、ディジタルベースバンド信号はディジタル複素ベースバンド信号となる。

複素信号における、アンダーサンプリングの結果について、図９を用いて具体的に述べる。高速Ａ／Ｄ変換器２３のサンプリング周波数をｆｓｈ、低速Ａ／Ｄ変換器１３のサンプリング周波数をｆｓｌ、受信帯域幅を２Ｂ（−Ｂ〜＋Ｂ）、受信信号の複素ベースバンド周波数をｆｂｂとしたとき、次式が成り立つとする。
ｆｓｈ ＞ ２Ｂ ＞ ｆｂｂ ＞ ｆｓｌ

このとき、図９［１］に示すように、高速Ａ／Ｄ変換器２３で標本化したディジタル複素ベースバンド信号では、受信信号は正しくｆｂｂの周波数信号となる。一方、図９［２］に示すように、低速Ａ／Ｄ変換器１３で標本化したディジタル複素ベースバンド信号では、受信信号は周波数が折り返ったイメージ信号として周波数
ｆｂｂ−Ｎｆｓｌ
に現れる。ここで、Ｎは、
−ｆｓｌ／２
＜ ｆｂｂ−Ｎｆｓｌ ＜ ｆｓｌ／２
を満足する整数であり、図９の例ではＮ＝１である。また、イメージ信号の振幅と位相とは元の信号と変わらず、周波数が異なるだけである。

本実施形態によれば、複素信号で処理を行うため、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周波数が実数信号の場合と同じならば、２倍の帯域幅の信号に対応できるという効果がある。なお、本実施形態の到来方位測定方法及びプログラムも、第一実施形態に準じて構成することができる。また、第二実施形態と同じように、高速フィルタバンクや低速フィルタバンクを用いてもよい。

以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

次に、本発明について総括する。

換言すると、本発明は、周波数測定部と組み合わせることで、アンダーサンプリングで標本化した信号から、到来方位を測定できる到来方位測定装置である。また、本発明は、周波数測定手段と組み合わせることで、アンダーサンプリングで標本化した信号から、到来方位を測定できる到来方位測定方法である。より詳しく言えば、本発明は、複数の空中線によるＲＦ受信信号を量子化し、これら量子化受信信号間の位相差から到来信号の方位をディジタル信号処理で求める到来方位測定装置において、周波数測定手段と組み合わせることで、ナイキストの標本化周波数以下のサンプリング周波数で取得（アンダーサンプリング）した受信信号を用いて、ナイキストの標本化周波数以上の周波数帯域に対して到来方位測定を可能とすることを特徴とする。すなわち、本発明は、一つのアンテナ素子についてオーバーサンプリング等で受信信号の周波数を測定する装置と、残りのアンテナ素子についてアンダーサンプリングでアンビギュアスを含む位相情報を取得する装置とから構成され、測定した周波数情報から位相情報のアンビギュアスを除去する手段を有することを特徴とする。

本発明の第１の効果は、安価に広帯域の到来方位測定装置を実現できることにある。その理由は、複数のＡ／Ｄ変換器を必要とする方位測定部を、安価な低速Ａ／Ｄ変換器を用いて実現しているためである。高価な高速Ａ／Ｄ変換器は、別途設けられる周波数測定部中で一つ使用するだけで済む。第２の効果は、装置全体の消費電力を小さくできることである。その理由は、低速Ａ／Ｄ変換器は高速Ａ／Ｄ変換器と比べて消費電力が小さいためである。第３の効果は、装置全体を小型化できることにある。その理由は、低速Ａ／Ｄ変換器は消費電力が小さいため、排熱機構を単純化できるためである。

本発明によれば、例えば、不法無線局などから発射される電波を監視するための電波監視装置といった用途に適用できる。

本発明の第一実施形態に係る到来方位測定装置を示すブロック図である。 図２［１］は図１における高速Ａ／Ｄ変換器による標本化のスペクトルを示すグラフ、図２［２］は図１における低速Ａ／Ｄ変換器による標本化のスペクトルを示すグラフである。 図１の到来方位測定装置の動作を示すフローチャート（その１）である。 図１の到来方位測定装置の動作を示すフローチャート（その２）である。 図１の到来方位測定装置の動作を示すフローチャート（その３）である。 本発明の第一実施形態に係る到来方位測定プログラムの機能ブロック図である。 本発明の第二実施形態に係る到来方位測定装置を示すブロック図である。 本発明の第三実施形態に係る到来方位測定装置を示すブロック図である。 図９［１］は図８における高速Ａ／Ｄ変換器による標本化のスペクトルを示すグラフ、図９［２］は図８における低速Ａ／Ｄ変換器による標本化のスペクトルを示すグラフである。

符号の説明

１，２，３ 到来方位測定装置
１０ 方位測定部
１１ アンテナ
１２ 受信機
１３ 低速Ａ／Ｄ変換器
１４ 方位測定器
１５ 加算器
２０ 周波数測定部
２１ アンテナ
２２ 受信機
２３ 高速Ａ／Ｄ変換器
２４ 信号検出器
２５ 周波数測定器
３０ 制御部
４１ 高速フィルタバンク
５１ 低速フィルタバンク
６０ コンピュータ
６１ 周波数入力機能
６２ 折り返し信号検出機能
６３ 方位測定機能

Claims (9)

1. 単一のアンテナから入力した受信信号の周波数を測定する周波数測定部と、前記単一のアンテナとは異なる複数のアンテナから入力した受信信号の到来方位を測定する方位測定部とを備え、
   前記方位測定部が、前記複数のアンテナから入力した複数の受信信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能と、前記周波数測定部によって測定された前記周波数に対応する折り返し信号を前記複数のディジタル信号毎に検出する折り返し信号検出機能と、これらの検出された複数の各折り返し信号相互間の位相差に基づいて前記受信信号の到来方位を測定する方位測定機能とを有する、
   ことを特徴とする到来電波方位測定装置。
2. 前記方位測定部は、
   前記複数のアンテナと、
   これらのアンテナから入力した複数のＲＦ信号をそれぞれ一定帯域の複数のアナログ信号に変換する複数の受信機と、
   これらの受信機で変換された前記複数のアナログ信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換する複数の低速Ａ／Ｄ変換器と、
   これらの低速Ａ／Ｄ変換器によって変換された前記複数の各ディジタル信号に含まれる前記周波数に対応する折り返し信号を検出し、これら複数の折り返し信号相互間の位相差に基づいて前記受信信号の到来方位を測定する方位測定器とを備えた、
   ことを特徴とする請求項１記載の到来電波方位測定装置。
3. 前記複数の低速Ａ／Ｄ変換器から出力されたディジタル信号をそれぞれ複数の帯域に分割して前記方位測定器へ出力する複数の低速フィルタバンクを、
   備えたことを特徴とする請求項２記載の到来電波方位測定装置。
4. 前記方位測定部に具備された前記受信機及び前記低速Ａ／Ｄ変換器の出力信号を複素信号とした、
   ことを特徴とする請求項３記載の到来電波方位測定装置。
5. 前記周波数測定部は、
   前記単一のアンテナと、
   このアンテナから入力したＲＦ信号を一定帯域のアナログ信号に変換する受信機と、
   この受信機で変換された前記アナログ信号をオーバーサンプリングしてディジタル信号に変換する高速Ａ／Ｄ変換器と、
   この高速Ａ／Ｄ変換器で変換されたディジタル信号から前記受信信号を検出する信号検出器と、
   この信号検出器で検出された受信信号の周波数を測定する周波数測定器とを備えた、
   ことを特徴とする請求項４記載の到来電波方位測定装置。
6. 前記高速Ａ／Ｄ変換器から出力されたディジタル信号を複数の帯域に分割して前記信号検出器へ出力する高速フィルタバンクを、
   を備えたことを特徴とする請求項５記載の到来電波方位測定装置。
7. 前記周波数測定部に具備された前記受信機及び前記高速Ａ／Ｄ変換器の出力信号を複素信号とした、
   ことを特徴とする請求項６記載の到来電波方位測定装置。
8. 単一のアンテナから入力した受信信号の周波数を測定するとともに前記単一のアンテナとは異なる複数のアンテナから入力した複数の受信信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換し、これらの各ディジタル信号に含まれる前記周波数に対応する折り返し信号を検出し、これらの折り返し信号相互間の位相差に基づいて前記受信信号の到来方位を測定する、
   ことを特徴とする到来電波方位測定方法。
9. 単一のアンテナから入力した受信信号の周波数を測定する周波数測定部と、複数のアンテナから入力した複数の受信信号をそれぞれアンダーサンプリングして複数のディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、コンピュータとを備えた到来電波方位測定装置に用いられ、
   前記周波数測定部によって測定された前記周波数を入力する周波数入力機能と、
   前記複数のＡ／Ｄ変換器で変換された前記複数のディジタル信号の一つごとに当該ディジタル信号に含まれる前記周波数に対応する折り返し信号を検出する折り返し信号検出機能と、
   これらの折り返し信号相互の位相差に基づいて前記受信信号の到来方位を測定する方位測定機能と、
   を前記コンピュータに実現させるための到来電波方位測定プログラム。

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