JP5495586B2 - 測角装置 - Google Patents
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Description
一方、アレーアンテナにおいては、グレーティングローブ(GL)の発生を抑圧するために、アンテナ素子を不等間隔に配置することが有効なことが知られている(たとえば、非特許文献2参照)。
図15は従来の等間隔アレーアンテナ101を示す平面図であり、図16は従来の不等間隔アレーアンテナ201を示す平面図である。また、図17は図16の構成を2次元の平面アンテナに拡張した従来の不等間隔アレーアンテナ301を示す平面図である。
等間隔アレーアンテナ101内の1点鎖線103は、エレベーション測角用の2領域分割境界線の例を示しており、破線104は、アジマス測角用の2領域分割境界線の例を示している。
また、仮に、図17のような不等間隔アレーアンテナ301を用いたとしても、測角処理を考えた場合に、等利得となる分割領域を確保するためには、アンテナ素子102の配置や、分割境界線304のように工夫が必要となるうえ、位相中心が定まらないことから、2次元の到来角の一方の角度変化が、他方の測角結果に影響を与えるという課題があった。
図1はこの発明の形態1に係る測角装置に用いられるアレーアンテナ1を示す平面図である。
図1において、測角対象の角度と平行な方向のすべてのアンテナ素子2の列は、基準となる共通のアンテナ配置(基調パターン)を各列ごとに任意にずらして足し合わせたアンテナ素子2の列となっている。この場合、測角手段(後述する)は、2次元の任意の片方の角度のみを推定する。
また、アレーアンテナ1はエレベーション測角だけに対応したアンテナ配置である。
ヒストグラム7、8は、1点鎖線3で縦方向(z軸方向)に領域を2分割した際の、上側および下側の各領域での横方向に対する素子数分布を示してり、不等間隔の関係が互いに一致している。
図1から明らかなように、領域分割後の2領域のヒストグラム同士が、定数倍の関係になっていることが分かる。図1の関係は、この発明の実施の形態1におけるエレベーション測角のための2つのアンテナ配置条件の1つとなる。
このように、測角対象の角度と平行な方向のすべてのアンテナ素子の列は、共通の基調パターンをずらして足し合わせたアンテナ素子の列となっている。この点が、この発明の実施の形態1におけるエレベーション測角のための2つのアンテナ配置条件の2つ目となる。
図1の場合、アレーアンテナ1が不等間隔配置であることから、2領域の位相中心は、前述のように、それぞれ横方向の到来角の変化によって変化する。
その場合、横方向にアンテナを2分割したそれぞれの領域の縦方向に対する素子数のヒストグラムが定数倍の関係になっていることと、横方向のすべての列が、共通の基調パターンをずらして足し合わせたもので構成されていることと、が条件となる。
図2において、アレーアンテナ1は、2次元に不等間隔配置された複数のアンテナ素子2を有し、縦方向および横方向に、それぞれ異なるランダムな不等間隔配置が設定されている。また、アレーアンテナ1を構成する各アンテナ素子2は、縦横両方向について、上述の2つのアンテナ配置条件を満たしている。
なお、各境界線3、4は、図2内の1点鎖線および破線の位置に限定されることはなく、2領域に分割する方向に対して垂直な境界線であれば、どの位置に設定されてもよい。
図3において、ヒストグラム5、6は、破線4で横方向(y軸方向)に領域を2分割した際の、左側および右側の各領域の縦方向に対する素子数分布を示しており、不等間隔の関係が互いに一致している。
図3から明らかなように、領域分割後の2領域のヒストグラム同士が、定数倍の関係になっている。
図4の定量シフト配置を適用することにより、有効にGLを抑圧できるとともに、最適なシフト量をアンテナ数や視野角(GLを生じない角度)の条件から容易に設計することができる。
図5において、測角装置は、複数のアンテナ素子2から構成される不等間隔配置のアレーアンテナ1と、各アンテナ素子2に接続された移相器9と、移相器9の出力を分割領域ごとに合成する2つの合成器10と、2つの合成器10の各出力の和(Σ信号)を算出する合成器11と、2つの合成器10の各出力の差(Δ信号)を算出する差分器12と、合成器11および差分器12の各出力から測角結果を出力する位相モノパルス測角部13とを備えている。
図6において、位相モノパルス測角部13は、除算部14と、絶対値算出手段15と、虚部抽出手段16と、極性判定手段17と、到来角導出手段18とを備えている。
虚部抽出手段16は、Δ/Σ信号の虚部を抽出し、極性判定手段17は、虚部抽出手段16で抽出されたΔ/Σ信号の虚部を用いて、Δ/Σ信号の極性を判定する。
このとき、到来角導出手段18は、極性判定手段17で判定されたΔ/Σ信号の極性を用いることにより、一意に測角結果を得る。
そこで、到来角導出手段18は、Δ/Σ信号の絶対値から到来角を求める手法をとっている。
図7において、横軸は到来角(degree)、縦軸はΔ/Σ信号の絶対値を表している。
ただし、図7から分かるように、Δ/Σ信号の絶対値は極性を持たないので、一意に到来角を求めることはできない。
図5において、複数のアンテナ素子2は、アレーアンテナ1において、2次元の各方向(y−z方向)に不等間隔に配置されている。
測角手段(位相モノパルス測角部13)は、Σ信号および2つのΔ信号を用いて、2次元の両方の角度について独立に測角を行う。
なお、上記実施の形態1(図6)では、位相モノパルス測角部13の測角処理においてΔ/Σ信号の絶対値および虚部の両方を用いたが、Δ/Σ信号の虚部のみを用いて測角してもよい。すなわち、図6に示した位相モノパルス測角部13に代えて、図8に示す位相モノパルス測角部13Aを用いてもよい。
図8において、前述(図6参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「A」を付して詳述を省略する。
到来角導出手段18Aは、前述(図6)の処理機能とは異なり、虚部抽出手段16で抽出されたΔ/Σ信号の虚部のみを用いて測角を行う。
図9においては、到来角とΔ/Σ信号の虚部とが1対1で対応していることが分かる。
したがって、この場合、到来角導出手段18Aは、図9のΔ/Σ信号の虚部と到来角との関係を参照することにより、到来角を一意に求めることができる。
なお、上記実施の形態2(図8)では位相モノパルス測角部13Aの測角処理においてΔ/Σ信号の虚部のみを用いたが、Δ/Σ信号の実部および虚部の両方を用いて測角してもよい。
すなわち、前述の実施の形態1、2(図6、図8)の位相モノパルス測角部13、13Aに代えて、図10の位相モノパルス測角部13Bを用いてもよい。
図10において、前述(図6参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「B」を付して詳述を省略する。
到来角導出手段18Bは、前述(図8)の処理機能とは異なり、虚部抽出手段16と実部抽出手段16Bで抽出されたΔ/Σ信号の実部と虚部の両方を用いて測角を行う。
図11においては、到来角とΔ/Σ信号の実部とが、極性が無いために1対1で対応していないものの、前述(図9)の虚部と同時に用いることで、一意に測角結果を求めることができる。
なお、上記実施の形態1、2、3(図2〜図11)では、アンテナ素子2をアレーアンテナ1において不等間隔に配置したが、図12のように、複数のアンテナ素子2からなるサブアレーアンテナ20の位相中心位置を、アレーアンテナ1Cにおいて不等間隔に配置してもよい。
図12および図13において、前述(図2〜図5参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「C」を付して詳述を省略する。
ただし、2領域間での空間に対する複数のアンテナ素子の素子数の各ヒストグラムは、一方が他方の定数倍の関係にあり、かつ、測角対象の角度と平行な方向のすべてのアンテナ素子の列は、共通の基調パターンを各列ごとに任意にずらして足し合わせたアンテナ素子の列となっている。
また、各サブアレーアンテナ20は、互いに不等であるものの、前述(図3)と同様に、測角処理における領域分割後の各分割領域でのアンテナ素子2の素子数の空間に対するヒストグラムは、定数倍の関係を保ち、かつ縦横の各アンテナ列それぞれにおいて共通の基調パターンを持つという関係も保っている。
各境界線3C、4Cは、1点鎖線および破線の位置に限定されることはなく、前述と同様に、2領域に分割する方向に対して垂直であり、かつアンテナ素子数の空間に対するヒストグラムが定数倍となっている条件を満たしていれば、どの位置に設定されてもよい。
さらに、各サブアレーアンテナ20の位相中心位置の配置として、定量シフト配置を適用したが、他のランダム配置などの不等間隔配置を適用してもよい。
図13において、サブアレーアンテナ20は、複数のアンテナ素子2と、各アンテナ素子2の受信信号を合成する合成器21とを備えている。
位相モノパルス測角部13Cは、前述(図5〜図8)の位相モノパルス測角部13と同様に、2次元の両方向の到来角を測角結果として出力する。
複数のサブアレーアンテナ20の各々における複数のアンテナ素子2の配置は、すべて同一であってもよい。
ただし、アンテナ分割後の2領域間での空間に対する複数のアンテナ素子2の素子数の各ヒストグラムは、一方が他方の定数倍の関係に設定されている。
なおかつ、測角方向に平行な各アンテナ素子列が共通の基調パターンの足し合わせによって構成されている。
なお、上記実施の形態4(図12)では、複数個のサブアレーアンテナ20を敷き詰めていくという実装手法を適用したが、図14(破線枠参照)のように、複数のアンテナ素子2が等間隔に配置されたアレーアンテナ1Dに対して、不等にグループ分けを行うことにより、複数のサブアレーアンテナ20Dを形成してもよい。
したがって、図14のようなアレーアンテナ1Dを用いても、前述と同様に、有効に測角を行うことができる。
Claims (10)
- 複数のアンテナ素子が不等間隔に配置されたアレーアンテナと、
前記複数のアンテナ素子が受信した各複素信号の和をΣ信号として算出するΣ信号算出手段と、
前記複数のアンテナ素子の配列を2領域に分割し、分割された各分割領域で受信した複素信号の各和信号の差をΔ信号として算出するΔ信号算出手段と、
前記Σ信号および前記Δ信号を用いて前記アレーアンテナにおける受信到来波の到来角を推定する測角手段とを備え、
前記複数のアンテナ素子は、前記アレーアンテナにおいて、1次元上に不等間隔に配置され、
前記2領域間での空間に対する前記複数のアンテナ素子の素子数の各ヒストグラムは、一方が他方の定数倍の関係にある
ことを特徴とする測角装置。 - 複数のアンテナ素子が不等間隔に配置されたアレーアンテナと、
前記複数のアンテナ素子が受信した各複素信号の和をΣ信号として算出するΣ信号算出手段と、
前記複数のアンテナ素子の配列を2領域に分割し、分割された各分割領域で受信した複素信号の各和信号の差をΔ信号として算出するΔ信号算出手段と、
前記Σ信号および前記Δ信号を用いて前記アレーアンテナにおける受信到来波の到来角を推定する測角手段とを備え、
前記複数のアンテナ素子は、前記アレーアンテナにおいて、2次元に不等間隔に配置され、
前記2領域間での空間に対する前記複数のアンテナ素子の素子数の各ヒストグラムは、一方が他方の定数倍の関係にあり、
測角対象の角度と平行な方向のすべてのアンテナ素子の列は、基準となる共通のアンテナ配置を各列ごとに任意にずらして足し合わせたアンテナ素子の列となっており、
前記測角手段は、2次元の任意の片方の角度のみを推定する
ことを特徴とする測角装置。 - 複数のアンテナ素子が不等間隔に配置されたアレーアンテナと、
前記複数のアンテナ素子が受信した各複素信号の和をΣ信号として算出するΣ信号算出手段と、
前記複数のアンテナ素子の配列を2領域に分割し、分割された各分割領域で受信した複素信号の各和信号の差をΔ信号として算出するΔ信号算出手段と、
前記Σ信号および前記Δ信号を用いて前記アレーアンテナにおける受信到来波の到来角を推定する測角手段とを備え、
前記複数のアンテナ素子は、前記アレーアンテナにおいて、2次元に不等間隔に配置されるとともに、
前記2領域間での空間に対する前記複数のアンテナ素子の素子数の各ヒストグラムは、一方が他方の定数倍の関係にあり、
2次元の両方の角度について角度と平行な方向のすべてのアンテナ素子の列は、基準となる共通のアンテナ配置を各列ごとに任意にずらして足し合わせたアンテナ素子の列となっており、
前記Δ信号算出手段は、2次元の両方向について、前記複数のアンテナ素子の配列を2分割した各分割領域で受信した複素信号の和信号の差を、2つのΔ信号としてそれぞれ算出し、
前記測角手段は、前記Σ信号および前記2つのΔ信号を用いて、2次元の両方の角度について独立に測角を行う
ことを特徴とする測角装置。 - 前記アレーアンテナにおける前記複数のアンテナ素子の不等間隔の配置は、一定方向に向かって素子間隔が一定量ずつ増加していく定量シフト配置であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の測角装置。
- 前記アレーアンテナにおける前記複数のアンテナ素子の不等間隔の配置は、素子間隔がランダムに設定されたランダム配置であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の測角装置。
- 複数のアンテナ素子を含むサブアレーアンテナが複数個配置されたアレーアンテナと、
前記複数のサブアレーアンテナが受信した各複素信号の和をΣ信号として算出するΣ信号算出手段と、
前記複数のサブアレーアンテナの配列を2領域に分割し、分割された各分割領域で受信した複素信号の各和信号の差をΔ信号として算出するΔ信号算出手段と、
前記Σ信号および前記Δ信号を用いて前記アレーアンテナにおける受信到来波の到来角を推定する測角手段とを備え、
前記複数のサブアレーアンテナの各々の位相中心位置は、前記アレーアンテナにおいて不等間隔に配置され、
前記複数のサブアレーアンテナの各々における複数のアンテナ素子の配置について、前記2領域間での空間に対する前記複数のアンテナ素子の素子数の各ヒストグラムは、一方が他方の定数倍の関係にあり、かつ測角対象の角度と平行な方向のすべてのアンテナ素子の列は、基準となる共通のアンテナ配置を各列ごとに任意にずらして足し合わせたアンテナ素子の列となっている
ことを特徴とする測角装置。 - 前記測角手段は、測角方向に対して垂直な直線を任意の位置に境界として設定することにより領域分割を行い、位相モノパルス測角を用いて前記アレーアンテナにおける受信到来波の到来角の測角を行うことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の測角装置。
- 前記位相モノパルス測角の際に、Δ信号をΣ信号で除算したΔ/Σ信号の虚部のみを用いて測角を行うことを特徴とする請求項7に記載の測角装置。
- 上記位相モノパルス測角の際に、Δ信号をΣ信号で除算したΔ/Σ信号の絶対値と、前記Δ/Σ信号の虚部から判定された前記Δ/Σ信号の極性と、を用いて測角を行うことを特徴とする請求項7に記載の測角装置。
- 上記位相モノパルス測角の際に、Δ信号をΣ信号で除算したΔ/Σ信号の実部と虚部の両方を用いて測角を行うことを特徴とする請求項7に記載の測角装置。
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