JP7012914B1 - アレーアンテナの校正装置および校正方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、データ信号を生成し送信アレーアンテナの各アンテナ素子１－ｋから放射させる送信部と、各アンテナ素子１－ｋから放射されたデータ信号を受信する校正用アンテナ８０と、校正用アンテナ８０が受信したデータ信号を検波する検波部７０と、検波部７０が検波したデータ信号の周波数特性と近似する周波数特性を有するインパルス応答ベクトルを推定するインパルス応答ベクトル設定部５０と、インパルス応答ベクトルから、各アンテナ素子１－ｋの送信系間の時間差を校正するための校正値を求め、校正値に基づき送信部における各アンテナ素子１－ｋの時間差の校正を行う校正処理部６０とを備えたアレーアンテナの校正装置を提供する。

Description

この発明は、アレーアンテナ、特にディジタルビームフォーミングを行うアレーアンテナにおける校正装置および校正方法に関する。

アレーアンテナにおいて、所望の放射指向特性を得るためには各アンテナ素子に繋がる各種デバイスまで含めた通過振幅位相特性を把握し、所定の値に通過振幅位相特性を補正する校正技術が必須となる。

例えば、下記特許文献１には、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号を利用して、素子アンテナ毎に異なるサブキャリアを割り当てて校正用信号を生成することで同時に複数素子の通過振幅位相特性を測定する技術が示されている。

特許第５７２５７０３号

広帯域信号を扱う場合は、素子毎の遅延時間差（タイミングばらつき）の影響が無視できなくなり、上述した特許文献の技術で測定できる素子毎の通過振幅位相特性だけでは十分な性能が得られない課題があった。

特にデジタルビーム形成（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ：ＤＢＦ）をおこなう場合、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ）変換器やＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器を主とした、ディジタル信号処理におけるデータのタイミング同期精度の影響が避けられないため、その調整に多大な時間を要するという課題もある。
また、校正時には特性を高精度に把握するために好適な専用の信号波形を別途使用する必要があり、システムの運用中の適用は難しい課題もあった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、システム運用中の適用が可能で、アンテナ素子間の通過振幅位相特性とともに通過遅延特性も同時に測定できるアレーアンテナの校正装置および校正方法を得ることを目的とする。特に装置周辺の環境変動（温度等）や経変変化、電源操作などに伴うトリガ信号、クロック信号のリセットなど、装置の動作に係る動的な変化に追従することを目的とする。

この発明によるアレーアンテナの校正装置は、データ信号を生成し送信アレーアンテナの各アンテナ素子から放射させる送信部と、前記各アンテナ素子から放射されたデータ信号を受信する校正用アンテナと、前記校正用アンテナが受信したデータ信号を検波する検波部と、前記検波部が検波したデータ信号の周波数特性と近似する周波数特性を有するインパルス応答ベクトルを推定するインパルス応答ベクトル設定部と、前記インパルス応答ベクトルから、前記各アンテナ素子の送信系間の時間差を校正するための校正値を求め、前記校正値に基づき前記送信部における各アンテナ素子の時間差の校正を行う校正処理部とを設けたものである。

本発明により、アンテナ素子間の通過振幅位相特性および通過遅延特性をシステム運用中に同時に測定することが可能となる。

実施の形態１に係る校正装置を示す構成図である。 ＤＢＦ部の一例を示す図である。 ＤＢＦ部のハードウェア構成図である。 検波部の一例を示す構成図である。 実施の形態１に係る校正装置の動作を示すフローチャートである。 インパルス応答ベクトルｈ及び該インパルス応答ベクトルｈをフーリエ変換した周波数応答及び取得データの周波数応答を示すグラフである。 ２素子モデルの計算例を示すグラフである。 実施の形態１に係る校正装置を示す構成図である。 実施の形態２に係る校正装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る校正装置を示す構成図である。 実施の形態３に係る校正装置の動作を示すフローチャートである。 各アンテナ素子のデータ信号のインパルス応答を示す図である。

実施の形態１．
図１は本実施の形態にかかるアレーアンテナの校正装置を示す構成図である。なお、本実施の形態では、送信用ディジタルビームフォーミングアンテナの例を示している。

図１において、校正装置は、アレーアンテナを構成する複数の各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）にはそれぞれ、増幅部３－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）、アップコンバータ（Ｕｐ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＵＣ部）４－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）が順に接続されている。

各ＵＣ部４－ｋ（ｋ＝１、２・・・、Ｋ）の一方の端子はそれぞれ局部発振器（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：ＬＯ部）１０に接続され、他方の端子はＤＡ変換部５－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）が接続されている。

各ＤＡ変換部５－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）はＤＢＦ部３０に接続されている。一方、校正用アンテナ８０には、検波部７０、校正処理部６０の順に接続されている。校正用アンテナ８０の設置場所としては、アレーアンテナが遠方界とみなせる程度の距離で、各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）からの伝搬距離に差異がでないよう、正面方向とするのが望ましい。

校正処理部６０は、さらにＤＢＦ部３０に接続されている。そして、信号処理部４０は、ＤＢＦ３０および校正処理部６０に接続されている。また、インパルス応答ベクトル設定部５０は、検波部７０と校正処理部６０の間に接続されている。
なお、各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、増幅部３－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、ＵＣ部４－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、ＤＡ変換部５－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、ＬＯ部１０、ＤＢＦ部３０が送信部を構成し、インパルス応答ベクトル設定部５０、校正処理部６０、検波部７０、校正用アンテナ８０が校正部を構成する。
なお、送信部のうち、それぞれのＤＡ変換部からアンテナ素子までが、それぞれの送信系を構成する。

まずデータの送信部の構成及び処理について説明する。信号処理部４０は、送信データであるベースバンド信号（通信波形やレーダ波形など）を生成し、ＤＢＦ部３０へ送信する。信号処理部４０は、例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている。

ＤＢＦ部３０は、信号処理部４０が生成したベースバンド信号を素子数Ｋ個に分配する。分配された各ベースバンド信号は、それぞれ振幅および位相と、遅延量（時間差）を調整されたベースバンド信号をＤＡ変換部５－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）へ出力する。

ＤＡ変換部５－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）は、ベースバンド信号をディジタル値からアナログ値へＤ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ）変換する。次に、ＵＣ部４－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）は、アナログ値へ変換されたベースバンド信号をＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯に周波数変換する。その後、増幅部３－ｋによる電力増幅されたＲＦ帯の送信信号はアンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）により、空間に放射される。

ＤＢＦ部３０の一例を図２に示す。図２において、２００－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）は遅延調整器、２０１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）は振幅位相調整器である。振幅位相調整器２０１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）と遅延調整器２００－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）からなる構成とすることができる。ＤＢＦ部３０は、例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されている。

振幅位相調整器２０１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）は、文字どおり入力された信号の振幅および位相を調整し、アレーアンテナとして所定の方向にビームを形成する。また遅延調整器２００－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）は、アンテナ素子間のデータ信号のタイミング誤差などを調整して、所定の方向に同一タイミングで放射されるように時間差調整をおこなう。この実時間遅延の調整により、位相調整単独に比べて広帯域なビーム形成が可能となる。また、Ｄ／Ａ変換などに安価なデバイスを用いた場合の同期ずれ、サンプルタイミングばらつきなどの精度劣化にも対応できる。

図１の例では、信号処理部４０やＤＢＦ部３０の構成要素である振幅位相調整器２０１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）と遅延調整器２００－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、コンピュータで構成されていてもよい。

ＤＢＦ部３０がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図を図３に示す。図３において、５０１はメモリ、５０２はプロセッサ、５０３は入力インタフェース機器、５０４は出力インタフェースである。

メモリ５０１は、具体例としては、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。なお、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＤ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ）メモリカード、ＣＦ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｆｌａｓｈ）、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商業）ディスク、ＤＶＤといった可搬記憶媒体であってもよいし、幾つかを組み合わせた構成であってもよい。

プロセッサ５０２は、プロセッシングを行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ５０２は、具体例としては、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

入力インタフェース機器５０３は、例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポートやシリアルポートなどの信号入出力ポートを備えるインタフェース機器であり、信号処理部４０と接続されて、信号処理部４０から出力された信号を入力する。

出力インタフェース機器５０４は、例えばＵＳＢポートやシリアルポートなどの信号入出力ポートを備えるインタフェース機器であり、ＤＡ変換部５－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）と接続されて、信号を出力する。

ＤＢＦ部３０がコンピュータで構成される場合、振幅位相調整器２０１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）と遅延調整器２００－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ５０１に格納し、当該コンピュータのプロセッサ５０２がメモリ５０１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

次に、校正部の構成と処理について説明する。
校正用アンテナ８０は、アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）から放射されたＲＦ帯の信号を受信し、校正対象であるアレーアンテナ送信系の出力データを得る。

検波部７０では、受信したＲＦ帯の信号を周波数変換やディジタル化したのち、校正処理部６０及びインパルス応答ベクトル設定部５０に入力する。検波部７０の詳細を図４に示す。図４において、３０１はダウンコンバーター（Ｄｏｗｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＤＣ）部、３０２はＡ／Ｄ変換部、３０４はフーリエ変換部、３０５はＬＯ部である。

ＤＣ部３０１は、ＲＦ帯で抽出した信号をそれぞれ低周波数帯あるいはベースバンド帯に周波数変換する。

Ａ／Ｄ変換部３０２は、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換してディジタル信号にする。それらをフーリエ変換部３０４は、ディジタル信号処理でフーリエ変換して周波数領域のデータである信号列ｙ（信号ベクトルｙ）を得る。

校正処理部６０では、周波数変換やディジタル化したＲＦ帯の信号を用いて、各アンテナ素子の信号間の時間、振幅、位相の差を推定し、これら全ての値を所定の値に揃えるような校正値を求める。なお、各アンテナ素子の信号間の時間差を推定するのに必要な情報であるインパルス応答ベクトルｈは、インパルス応答ベクトル設定部５０で求める。

インパルス応答ベクトル設定部５０は、校正処理部６０で、各アンテナ素子の信号間の時間差を推定するのに必要なインパルス応答ベクトルｈの計算を行う。インパルス応答ベクトルｈは、校正処理部６０から受け取った信号に含まれる各アンテナ素子の信号が重畳された周波数応答に対応するインパルス応答であり、校正処理部６０から受け取った信号ベクトルｙに等価となるようなインパルス応答ベクトルの探索を行う。
なお、インパルス応答ベクトルｈは、検波部７０から出力される周波数変換やディジタル化したＲＦ帯の信号のデータ量よりも、さらに分解能の高い時間刻みのデータ量を扱３えるベクトルが必要である。

校正処理部６０は、この校正値をもとに、ＤＢＦ部３０の遅延調整器２００－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）及び振幅位相調整器２０１－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）の調整を行う。
本実施の形態に係校正装置は、以上のような構成をしているため、アンテナ素子まで含めた送信系全体の校正が可能である。

次に動作について説明する。図５は、この発明の実施の形態１による校正装置の処理内容（校正値の算出方法）を示すフローチャートである。
まず、校正に用いるデータ信号について説明する。

図５のステップＳ１０１では信号処理部４０がデータ信号を送信するが、これは運用中のユーザ信号や制御信号など本発明のための専用信号である必要はない。校正対象とする周波数帯域幅を包含する信号であれば、基本的にどのような波形でもかまわない。つまりはシステム運用中の送信信号そのもので構わない。

ステップＳ１０２では、校正用アンテナ８０が、各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）から放射されたデータ信号を受信する。校正用アンテナ８０で受信したデータ信号は、検波部７０へ送られる。

ステップＳ１０３では、検波部７０が、受信したデータ信号を検波する。具体的には、より低い中間周波数帯に周波数変換し、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換することでベースバンド帯のディジタル信号とする。その後、一定の時間長でディジタル信号をフーリエ変換して、周波数領域の信号列である信号ベクトルｙを得る。

ステップＳ１０４では、インパルス応答ベクトル設定部５０が、各アンテナ素子間の時間、振幅、位相の差異を推定するために必要となるインパルス応答ベクトルｈの設定を行う。インパルス応答ベクトルｈは、具体的には、前記周波数領域の信号ベクトルｙよりも、さらに分解能の高い時間刻み、つまりより細かく大きなベクトルとする。
例えば、各アンテナ素子から受信する信号が１００の場合、つまり信号ベクトルｙが１００個のデータからなるベクトルである場合、インパルス応答ベクトルｈは信号ベクトルｙの１００倍の１００００個といったように元の信号系列よりも大きく、細かい（１／１００の）刻みのベクトルに設定する。

また、インパルス応答ベクトルｈは、すべてのアンテナ素子のなかで最も大きな遅延量を包含するようなベクトル長にも設定する必要がある。これは、各アンテナ素子から受信するサンプル間の細かさが時間分解能を決定し、インパルス応答ベクトルｈのベクトルサイズが最大推定可能な遅延時間量を決定するためである。
なお、本実施の形態では、インパルス応答ベクトルｈの初期値をすべて１とした場合について述べるが、インパルス応答ベクトルｈの初期値はこれに限定されるものではない。ステップＳ１０４では、さらに、このインパルス応答ベクトルｈを周波数領域に変換する演算子からなるフーリエ変換行列Ａを設定する。フーリエ変換行列Ａは、フーリエ変換を行いたい対象が決まれば、連動して決まるもので、本実施の形態で説明しているインパルス応答ベクトルｈの例だと、１００×１００００の行列となる。

ステップＳ１０５では、校正処理部６０が、各アンテナ素子の信号間の時間、振幅、位相の差を推定する。
次に、ステップＳ１０４で、インパルス応答ベクトルを求める詳細について図６及び図７を用いて説明する。まず、ステップＳ１０３で取得した信号ベクトルｙは、時間差のあるアンテナ素子数分の信号が重畳されているため、図６（ｃ）のようなある程度の周波数選択性のある周波数応答（特性）を有する。

ここで、校正装置内での各アンテナ素子の主たる遅延時間は原則一つであるので、そのインパルス応答ベクトルｈは、図６（ａ）のように素子＃ｋのインパルス応答が素子数Ｋ分重畳されたものとなり、その時間順は各系によりランダムである。
このとき、図６（ａ）をフーリエ変換した周波数応答は図６（ｂ）となり、この周波数応答が図６（ｃ）と等しくなれば、インパルス応答ベクトルｈが定まる。
インパルス応答ベクトルｈを定めることは、いわゆる逆問題を解くことに等しい。つまり、ベクトルｙとベクトルＡｈ（行列Ａとベクトルｈとの積）との差分が最小となるようなインパルス応答ベクトルｈを推定すればよい。

一般に、観測できる（既知）ベクトルｙの次元（要素数）Ｍは、未知であるベクトルｈの次元Ｎよりも小さいため（これを劣決定系という）、解が無限に存在し、求めることができない。ただし、上記のように各アンテナ素子のインパルス応答は一つであり、インパルス応答ベクトルｈはほとんどの要素がゼロとなる、いわゆるスパースベクトルである。このとき、劣決定系においても解が求められることが知られており、本発明が有効に動作することが保証される。

より具体的な評価関数として、次式のＬ１ノルム最小化問題を解けばよい。

ここで、

各要素の絶対値の和であるＬ１ノルム、

ユークリッドノルムを表す。εは、収束を判定するための十分小さな定数である。

信号ベクトルｙに対し、上式を用いることにより複素数のスパースベクトルであるインパルス応答ベクトルｈが求まり、このインパルス応答ベクトルｈ内のゼロでない要素の位置と振幅と位相が、それぞれ各アンテナ素子の時間、振幅、位相を表す。

たとえば、図７は２素子モデルの計算例である。図７の例では、第１のアンテナ素子の遅延量は５．２６、第２のアンテナ素子の遅延量は１５．２３の場合のサンプルとしている。なお、データ信号のサンプリング間隔は２ｎｓｅｃであり、インパルス応答ベクトルｈの刻み幅は１／１００の０．０２ｎｓｅｃとした。
図７のグラフでは、横軸に遅延時間、縦軸に相対振幅としている。

Ｌ１ノルムの最小化問題を解くための最適化アルゴリズムには、もっとも単純なＩＳＴＡ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ－Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を使用している。
図７のように、サンプリング間隔の１／１００の時間分解能で推定できており、高精度であることがわかる。

ステップＳ１０６では、求めたインパルス応答ベクトルｈから、アンテナ素子間の時間、振幅、位相の相対差を算出し、すべてを所定の値にそろえるような校正値を求める。

最後に、ステップＳ１０７では校正値をもとに、送信データに対して時間、振幅、位相の補正値を適用し、校正処理を終了する。
このように、時間タイミングの調整は、ディジタル信号処理ではサンプルの遅延処理で実現できるため簡易にできる。この一連の校正処理を定期的に実施することで、アレーアンテナ装置の健全性を運用中でも担保することが可能となる。

以上で明らかなように、本実施の形態によれば、アンテナ素子間の特性ばらつきである、振幅位相差および遅延差（タイミング誤差）について、アンテナ素子間信号のスパース性を利用することで各アンテナ素子に対する時間、振幅、位相のずれを高精度に推定し、全アンテナ素子で同時に抽出できるような校正フローとなっている。

このような構成としたことにより、高い分解能を得るために広帯域な校正用信号を別途用意せずとも、運用中のデータ信号の利用のみで実行することが可能となり、装置コストの増大を防ぐことができる。したがって、出荷前調整だけでなく、設置後でもシステムの運用中に柔軟に適用することができ、信頼性の高いシステムが常時得られる効果がある。

実施の形態２．
実施の形態１では、空間に放射された各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）のデータ信号を校正用アンテナ８０で受信する例を示したが、本実施の形態では、送信系内でデータ信号を抽出してＲＦ帯（アナログ段）で合成処理を適用した場合について述べる。

本実施の形態における校正装置の構成図を図８に示す。図８おいて、２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）は抽出部、９０は電力合成部である。抽出部２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）は、各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）と増幅部３－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）との間に配置され、増幅部３－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）から入力されるＲＦ帯の送信信号の一部を抽出し、電力合成部９０へ出力する。残りの送信信号は、各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）により、空間に放射される。

なお、抽出部２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）は、ＲＦ帯のアナログ信号となっているため、例えば、方向性結合器（カップラ）やスイッチなどのハードウェアによって実現してもよい。

電力合成部９０は、抽出部２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）と検波部７０の間に配置され、各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）へ送られるＲＦ帯の送信信号の一部を抽出部２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）から受け取り、ＲＦ帯で電力合成して１つの受信信号に変換し、検波部７０へ出力する。

図８おいて、図１と同一符号は同一または相当部分を示しており、抽出部２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）と電力合成部９０以外については、実施の形態１で記載したものと同じ動作をする。
なお、本実施の形態では、各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、抽出部２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）、増幅部３－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、ＵＣ部４－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、ＤＡ変換部５－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、ＬＯ部１０、ＤＢＦ部３０が送信部を構成し、インパルス応答ベクトル設定部５０、校正処理部６０、検波部７０、電力合成部９０が校正部を構成する。

本実施の形態では、例えば図８の抽出部２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）および電力合成部９０に示すように、各アンテナ素子入力端に抽出部２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）を設け、抽出した後、ＲＦ帯で電力合成して１つの受信信号を得る。こうすることで離れた場所に置く校正用アンテナ８０が不要となる。

次に動作について説明する。図９は、本実施の形態による校正装置の処理内容を示すフローチャートである。なお、図９において図５と同一の符号は、同一または相当部分を示すので説明を省略する。

ステップＳ２０１では、各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、Ｋ）に対応する抽出部２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）が、増幅部３－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）から入力されるＲＦ帯の送信信号の一部を抽出し、電力合成部９０へ出力する。

ステップＳ２０２では、電力合成部９０が、各抽出部２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）で抽出されたＲＦ帯の送信信号の一部を合成し、検波部７０へ出力する。

ほとんどが実施の形態１と同じであり、ステップＳ２０１のデータ信号の抽出と、ステップＳ２０２のアナログ段での合成というステップが、空間伝搬を利用したアンテナ素子毎の信号の合成ではなく、電力合成部により達成することになる。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、各アンテナ素子へ入力されるデータ信号の一部を抽出し、それらをＲＦ帯で電力合成することにより、校正処理を実施する際の信号数を１つに削減できるため装置規模を削減できる効果とともに、校正用アンテナを削減できる効果を奏する。

実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２では、各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）のデータ信号をそのまま利用する例を示した。本実施の形態では、各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）のデータ信号の解が重複しないように異なる遅延時間量（遅延量）を与えた場合について説明する。

本実施の形態における校正装置の構成図を図１０に示す。図１０において、４５は遅延時間設定部である。遅延時間設定部４５は、意図的に既知の異なる遅延量を生成し、ＤＢＦ部３０及び校正処理部６０へ出力する。図１０において、図８と同一の符号は、同一または相当する部分を表しており、遅延時間設定部４５以外については、実施の形態２で用いた図８で記載したものと同じ動作をする。

校正処理部６０で受け取った各アンテナ素子のデータ信号のインパルス応答を図１２に示す。図１２（ａ）は信号処理部４０が出力する信号をそのまま用いた通常のインパルス応答であり、アンテナ素子間の時間差が小さい例を示す。図１２（ｂ）は、信号処理部４０が出力する信号に、異なる遅延量を与えたインパルス応答の例を示す。

図１２（ａ）に示す通常のインパルス応答は、インパルス応答が近接してしまっているため、近接した値を推定する必要がありインパルス応答ベクトルを収束さえるための時間がかかる可能性がある。また、同一の遅延であるアンテナ素子が複数あった場合、解が重複してしまい、分離することが難しい。
遅延時間設定部４５は、各アンテナ素子に異なる遅延量Δｋを加算することにより、図１２（ｂ）に示すように各インパルス応答にばらつきが生じるようになり、校正処理部６０が、すべてのアンテナ素子の推定が確実に行えるようにする。こうすることで、推定結果と各アンテナ素子との対応が簡単になる。

なお、本実施の形態では、各アンテナ素子１－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、抽出部２－ｋ（ｋ＝１、２、…、Ｋ）、増幅部３－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、ＵＣ部４－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、ＤＡ変換部５－ｋ（ｋ＝１、２、・・・、K）、ＬＯ部１０、ＤＢＦ部３０が送信部を構成し、遅延時間設定部４５、インパルス応答ベクトル設定部５０、校正処理部６０、検波部７０、電力合成部９０が校正部を構成する。

次に動作について説明する。図１１は、本実施の形態による校正装置の処理内容を示すフローチャートである。なお、図１１において図９と同一の符号は、同一または相当部分を示すので説明を省略する。

ステップＳ３０１では、遅延時間設定部４５が、意図的に各アンテナ素子に異なる遅延量Δｋを生成し、各アンテナ素子へ出力する。また、遅延時間設定部４５は、どのアンテナ素子に対し、どれくらいの遅延量を生成したかの情報を校正処理部６０へ送る。
ステップＳ３０６では、図９のステップＳ１０６と同じく、求めたインパルス応答ベクトルｈから、アンテナ素子間の時間、振幅、位相の相対差を算出し、すべてを所定の値にそろえるような校正値を求めるが、各アンテナ素子間の時間の相対差を算出する際には、遅延時間設定部４５で設定した遅延量Δｋを考慮して計算を行う。

以上で明らかなように、本実施の形態によれば、各アンテナ素子のデータ信号に対し、異なる遅延量を与えることにより、アンテナ素子間の誤差による時間差が小さい場合でも推定結果が得られやすくなる効果を奏する。
なお、上記では送信系の説明をおこなったが、受信系においても各アンテナ素子の信号を合成した信号に対して同様の原理を適用することで実現は可能である。

１－１～１－Ｋ アンテナ素子、
２－１～２－Ｋ 抽出部、
３－１～３－Ｋ 増幅部、
４－１～４－Ｋ ＵＣ部、
５－１～５－Ｋ ＤＡ変換部、
１０ ＬＯ部、
３０ ＤＢＦ部、
４０ 信号処理部、
４５ 遅延時間設定部、
５０ インパルス応答ベクトル設定部、
６０ 校正処理部、
７０ 検波部、
８０ 校正用アンテナ
９０ 電力合成部、
２００－１～２００－Ｋ 遅延調整器、
２０１－１～２０１－Ｋ 振幅位相調整器、
３０１ ＤＣ部、
３０２ ＡＤ変換部、
３０４ フーリエ変換部、
３０５ ＬＯ部、
５０１ メモリ、
５０２ プロセッサ、
５０３ 入力インタフェース機器、
５０４ 出力インタフェース機器。

Claims (4)

1. データ信号を生成し送信アレーアンテナの各アンテナ素子から放射させる送信部と、
   前記各アンテナ素子から放射されたデータ信号を受信する校正用アンテナと、
   前記校正用アンテナが受信したデータ信号を検波する検波部と、
   前記検波部が検波したデータ信号の周波数特性と近似する周波数特性を有するインパルス応答ベクトルを推定するインパルス応答ベクトル設定部と、
   前記インパルス応答ベクトルから、前記各アンテナ素子の送信系間の時間差を校正するための校正値を求め、前記校正値に基づき前記送信部における各アンテナ素子の時間差の校正を行う校正処理部と
   を備えたアレーアンテナの校正装置。
2. データ信号を生成し送信アレーアンテナの各アンテナ素子から放射させる送信部と、
   前記各アンテナ素子に送られるデータ信号の一部を抽出する複数の抽出部と、
   前記複数の抽出部で抽出されたデータ信号を合成する電力合成部と、
   前記電力合成部で合成したデータ信号を検波する検波部と、
   前記検波部が検波したデータ信号の周波数特性と近似する周波数特性を有するインパルス応答ベクトルを推定するインパルス応答ベクトル設定部と、
   前記インパルス応答ベクトルから、前記各アンテナ素子の送信系間の時間差を校正するための校正値を求め、前記校正値に基づき前記送信部における各アンテナ素子の時間差の校正を行う校正処理部と
   を備えたアレーアンテナの校正装置。
3. 前記各アンテナ素子に異なる遅延時間量を設定する遅延時間設定手段を備え、
   前記送信部は、前記各アンテナ素子に対し、それぞれ異なる遅延時間量を与えたデータ信号を生成する請求項１または請求項２に記載のアレーアンテナの校正装置。
4. データ信号を生成し送信アレーアンテナの各アンテナ素子から放射させるステップと、 前記各アンテナ素子からデータ信号を受信するステップと、
   前記受信したデータ信号を検波するステップと、
   前記検波したデータ信号の周波数特性と近似する周波数特性を有するインパルス応答ベクトルを推定するステップと、
   前記インパルス応答ベクトルから、前記各アンテナ素子の送信系間の時間差を校正するするステップと
   を備えたアレーアンテナの校正方法。

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