JP6797428B2 - 観測装置、観測方法及びプログラム - Google Patents
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Description
これに対して、例えばレーダや通信のようにアンテナに到来する電波の周波数が正確にわかっている場合、アンテナで受信した電界信号の位相を取得するためには、観測装置の受信部を改修し、位相取得機能を追加するか、新しい受信部を準備することが必要になる。例えば電波の探索のようにアンテナに到来する電波の周波数が正確にわかっていない場合、アンテナで受信した電界信号の位相を取得するためには、装置用アンテナに隣接してリファレンスアンテナを設置し、リファレンスアンテナで受信した電波を基準にして位相を取得することになる。このように、位相取得機能を追加することにより受信部、あるいは装置全体が複雑になり、寸法、重量、コストが増大するという課題があった。
それ故、特許文献1で開示した手法、すなわち電波源分布方位角周波数関数をプロニー法により指数関数でフィッティングすることにより、電波源分布に関する情報を直接取得することが可能である。また、非特許文献1で開示した手法により、電波源分布方位角周波数関数から指数関数成分を抽出する際に、引数の実数部の値により、指数関数の識別を行い、雑音に起因する指数関数を除外することが可能である。
電波源分布関数は方位角の関数で、振幅は複素数である。しかし、電波源観測の際に位相情報が必要となることはほとんどない。そのため、アンテナからの受信電力信号の平方根信号及びアンテナのアンテナ電力パターンの平方根信号を使用して特許文献1及び非特許文献1の手法で処理をすることにより、電波源分布関数の振幅を実数とみなした場合の結果を取得しても、実用上、支障となることはない。
図1は、本発明に一実施形態に係る観測装置を示すブロック図である。この実施形態は、本発明に係る観測装置をレーダ装置に適用したものである。
図1に示すように、観測装置10は、アンテナシステム11と、送信部12と、受信部13と、スイッチ部14と、信号処理部15と、表示部16とを具備する。
この観測装置10は、レーダ装置であり、対象物に向けて電波を送信し、その反射波を観測することにより、対象物の電波源情報を測る装置である。
送信部12は、ビームアンテナ111に送信電力を供給する。
受信部13は、ビームアンテナ111の受信電力信号をその平方根信号に変換する。
スイッチ部14は、送受信の切り替えを行う。
信号処理部15は、スイッチ部14を介して受信部13から受信電力信号の平方根信号及びアンテナシステム11から方位角の信号を入力し、所定の信号処理を施し、電波源候補、その電波源候補の相対強度、後述する指数関数引数の実数部の値及び位置(方位角)に関する情報などを出力する。
表示部16は、信号処理部15からの出力に基づき電波源候補の相対強度、指数関数引数の実数部の値及び位置(方位角)に関する情報の相対強度及び方位角などに関する情報を表示する。
図2に示すように、信号処理部15は、フーリエ変換部151と、アンテナパターン信号保持部152と、除算部153と、ローパスフィルタ部154と、指数関数抽出部155と、指数関数選択部156と、電波源情報取得部157とを有する。
アンテナパターン信号保持部152は、ビームアンテナ111のレーダ装置で使用するアンテナ電力パターンの平方根信号g(θ)を方位角に関してフーリエ変換した方位角周波数信号G(ω)を保持する。
除算部153は、方位角周波数信号E(ω)を、方位角周波数信号G(ω)で除算する。除算値は、電波源分布を方位角に関してフーリエ変換した方位角周波数信号F(ω)である。すなわち、除算部153は、
F(ω)=E(ω)/G(ω)
を求める。
指数関数選択部156は、予めαiの大きさに閾値を設け、閾値以下のαiを有する指数関数(電波源候補)を選択する。
電波源情報取得部157は、指数関数選択部156で選択した指数関数から電波源情報を取得する。電波源情報は、各電波源候補の相対強度、位置(方位角)の値である。
アンテナ回転装置112によりビームアンテナ111を回転させながら、送信部12からビームアンテナ111に送信電力を供給し、ビームアンテナ111から電波を送信する。
・受信電力信号の平方根信号e(θ)を方位角に関してフーリエ変換した方位角周波数信号E(ω)を求める。
・この方位角周波数信号E(ω)を、ビームアンテナ111のレーダ装置におけるアンテナ電力パターンの平方根信号g(θ)を方位角に関してフーリエ変換した方位角周波数信号G(ω)で除算する。
・除算信号に対してローパスフィルタ処理を行う。
・ローパスフィルタ処理を行った信号を、引数に実数部αiと虚数部jθiとを有する指数関数でプロニー法によりフィッティングする。
・予めαiの大きさに閾値を設け、閾値以下のαiを有する指数関数(電波源候補)を選択する。
・選択した指数関数から電波源情報を取得する。
各電波源候補の相対強度、位置(方位角)の値が表示部16により表示される。表示部16は表形式などでこれらの情報を表示する。
本発明に係るアンテナとしてアンテナ長が波長の50.42倍の一様分布の開口面アンテナ(アンテナビーム幅:1度)を用い、このアンテナを−45度から+45度まで回転させながら電波を送信し、アンテナから等距離上の−0.5度及び+0.5度の方向に位置する電波的に同一の点散乱体で散乱され、このアンテナに戻ってくる電波を信号対雑音比が20dBの環境で取得した際に得られる電波情報源を検討した。
ローパスフィルタ処理を行ったF(ω)を、引数に実数部αiと虚数部jθiとを有する指数関数でプロニー法によりフィッティングし、実数部αiの閾値が絶対値で0.01以下の指数関数を選択し、その指数関数の電波源情報、及び指数関数引数の実数部αi(電波源強度の上位5情報)を表1に示す。
これにより、本発明により得られる電波源情報より、実際の電波源に近い2つの方位にほぼ同じ強度の電波源が存在することが分かる。また、これらの方向から離れた方向に多数の電波源の存在を示す情報も示されるが、強度が約13dB以上小さいため、雑音によるものと判断することができる。
11 アンテナシステム
12 送信部
13 受信部
14 スイッチ部
15 信号処理部
16 表示部
151 フーリエ変換部
152 アンテナパターン信号保持部
153 除算部
154 ローパスフィルタ部
155 指数関数抽出部
156 指数関数選択部
157 電波源情報取得部
Claims (10)
- 所定の方位角内でビームが走査されるアンテナからの受信電力信号の平方根信号及び前記走査されるビームの方位角の信号に基づき、前記平方根信号を方位角に関してフーリエ変換した第1の方位角周波数信号を、前記アンテナのアンテナ電力パターンの平方根信号を前記方位角に関してフーリエ変換した第2の方位角周波数信号で除算し、前記除算した信号を、引数に実数部と虚数部とを有する指数関数でプロニー法によりフィッティングする信号処理部
を具備する観測装置。 - 前記信号処理部は、前記フィッティングにより得られた電波源候補のうち、前記実数部の絶対値が所定値以下の電波源候補を抽出する
請求項1に記載の観測装置。 - 前記信号処理部は、前記抽出した電波源候補から実際の電波源を特定するための情報を、前記指数関数から取得する
請求項2に記載の観測装置。 - 前記抽出した電波源候補から実際の電波源を特定するための情報は、前記電波源候補の相対振幅の値、実数部の値及び方位角の値である
請求項3に記載の観測装置。 - 前記抽出された電波源候補及び前記実際の電波源を特定するための情報を表示する表示部
を更に具備する、請求項3又は4に記載の観測装置。 - 前記信号処理部は、プロニー法によりフィッティングする前に、前記除算した信号にローパスフィルタ処理を施す
請求項1から5のうちいずれか1項に記載の観測装置。 - 前記所定の方位角内でビームが走査されるアンテナとして、ビームアンテナ及び当該ビームアンテナを回転するアンテナ回転装置で構成されたアンテナシステム、電子的アンテナビーム走査装置を有するアンテナシステム及びビームアンテナ及び当該ビームアンテナを移動するアンテナ移動装置で構成されたアンテナシステムのうち、いずれかのアンテナシステム
を更に具備する、請求項1から6のうちいずれか1項に記載の観測装置。 - 前記アンテナに送信電力を供給する送信部と、
送受信の切り替えを行うスイッチ部と
を更に具備する、請求項1から7のうちいずれか1項に記載の観測装置。 - 所定の方位角内でビームが走査されるアンテナからの受信電力信号の平方根信号及び前記走査されるビームの方位角の信号に基づき、前記平方根信号を方位角に関してフーリエ変換するステップと、
前記フーリエ変換した第1の方位角周波数信号を、前記アンテナのアンテナ電力パターンの平方根信号を方位角に関してフーリエ変換した第2の方位角周波数信号で除算するステップと、
前記除算した信号を、引数に実数部と虚数部とを有する指数関数でプロニー法によりフィッティングするステップと、
を備える、観測方法。 - 所定の方位角内でビームが走査されるアンテナからの受信電力信号の平方根信号及び前記走査されるビームの方位角の信号に基づき、前記受信電力信号の平方根信号を方位角に関してフーリエ変換するステップと、
前記フーリエ変換した第1の方位角周波数信号を、前記アンテナのアンテナ電力パターンの平方根信号を方位角に関してフーリエ変換した第2の方位角周波数信号で除算するステップと、
前記除算した信号を、引数に実数部と虚数部とを有する指数関数でプロニー法によりフィッティングするステップと
をコンピュータに実行させるプログラム。
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