JP7396128B2 - アンテナ装置の較正装置、較正システム、及び較正方法 - Google Patents

Description

本開示は、可変な指向性を有するアンテナ装置を較正する較正装置、較正システム、及び較正方法に関する。

無線通信を空間的に多重化するために、また、電波の到来方向を推定するために、可変な指向性を有するアンテナ装置、例えば、複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナ装置が使用される。

アンテナ装置の指向特性には、アンテナ素子の製造誤差、アンテナ素子間の電磁的な相互結合、アンテナ素子の間隔のバラツキ、回路素子の性能バラツキ、などに起因して、設計値との誤差が生じることがある。従って、このような誤差を低減または解消するために、アンテナ装置を較正する必要がある。

例えば、電波暗室において、較正対象のアンテナ装置に対して既知の方向に無線信号源を配置し、無線信号源からの電波をアンテナ装置によって受信することにより、アンテナ装置が較正される。例えば、特許文献１は、被測定体と測定用アンテナの位置関係を高精度でかつ短時間に再現性よく設定するための電波暗室を開示している。

また、アンテナ装置及び無線信号源の少なくとも一方が移動体である場合、ドップラー周波数を考慮してアンテナ装置を較正することがある。例えば、特許文献２は、受信信号のドップラー周波数を算出し、ドップラー周波数から観測対象をドップラー測角する測角装置を開示している。

特開２００７－０３３２５４号公報 国際公開第２０１５／１６６５６０号

アンテナ装置を較正するために無線信号源からの電波をアンテナ装置によって受信するとき、無線信号源からアンテナ装置への直接波に加えて、周囲の物体による反射波がアンテナ装置に入射し、較正の精度が低下することがある。電波暗室の内部であっても、電波吸収体又は他の物体により反射波が生じることがある。

また、アンテナ装置の較正中にアンテナ装置又は無線信号源が波長のオーダーで移動すると、正確な較正は不可能になる。

本開示の目的は、周囲物体の影響を低減し、簡単かつ正確にアンテナ装置を較正することができる較正装置、較正システム、及び較正方法を提供することにある。

本開示の側面に係るアンテナ装置の較正装置によれば、
可変な指向性を有するアンテナ装置の較正装置であって、
前記アンテナ装置及び無線信号源を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させるように駆動装置を制御するコントローラと、
前記アンテナ装置及び前記無線信号源の移動中に前記無線信号源から放射されて前記アンテナ装置によって受信された無線信号に基づいて、前記アンテナ装置の指向特性を設計値に近づけるように、前記アンテナ装置の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路の較正係数を計算する較正係数計算器と、
前記較正係数計算器によって計算された較正係数を格納する記憶装置とを備え、
前記アンテナ装置及び前記無線信号源は、予め決められた距離を有して互いに離隔し、
前記較正係数計算器は、
前記受信された無線信号に含まれる各信号成分に係る伝搬経路長を計算し、
前記受信された無線信号に含まれる少なくとも１つの信号成分であって、前記無線信号源及び干渉信号源の少なくとも一方からの各信号成分に係るドップラー周波数を計算し、
前記アンテナ装置及び前記無線信号源の間の予め決められた距離に一致する伝搬経路長を有し、かつ、前記ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出し、
前記抽出された信号成分に基づいて前記信号処理回路の較正係数を計算する。

これにより、周囲物体の影響を低減し、簡単かつ正確にアンテナ装置を較正することができる。

本開示の側面に係るアンテナ装置の較正装置によれば、
前記アンテナ装置は、無線信号を放射する送信アンテナを含み、
前記無線信号源は、前記送信アンテナから放射された無線信号を反射して前記アンテナ装置に向けて再放射する反射器である。

これにより、反射器を用いて、較正システムを簡単に構成することができる。

本開示の側面に係るアンテナ装置の較正装置によれば、
前記無線信号源は、前記無線信号を発生して放射する無線送信機である。

これにより、送信アンテナを持たないアンテナ装置を較正することができる。

本開示の側面に係るアンテナ装置の較正装置によれば、
前記駆動装置は、前記アンテナ装置を備えた無線端末装置を移動させ、
前記無線端末装置は、前記受信された無線信号をベースバンド信号に変換する無線周波回路をさらに備え、
前記較正係数計算器は、前記無線周波回路から出力された前記ベースバンド信号に基づいて、前記信号処理回路の較正係数を計算する。

これにより、アンテナ装置を備えた無線端末装置の実際の回路に応じて、高精度に信号処理回路の較正係数を計算することができる。

本開示の側面に係るアンテナ装置の較正装置によれば、
前記較正装置は、前記受信された無線信号をベースバンド信号に変換する無線周波回路をさらに備え、
前記較正係数計算器は、前記無線周波回路から出力された前記ベースバンド信号に基づいて、前記信号処理回路の較正係数を計算する。

これにより、アンテナ装置自体を直接に較正することができる。

本開示の側面に係るアンテナ装置の較正装置によれば、
可変な指向性を有するアンテナ装置の較正システムであって、
本開示の側面に係る較正装置と、
前記アンテナ装置に向けて無線信号を放射する無線信号源と、
前記アンテナ装置及び前記無線信号源を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させる駆動装置とを備える。

これにより、周囲物体の影響を低減し、簡単かつ正確にアンテナ装置を較正することができる。

本開示の側面に係るアンテナ装置の較正装置によれば、
可変な指向性を有するアンテナ装置の較正方法であって、
駆動装置を用いて、前記アンテナ装置及び無線信号源を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させるステップと、
前記アンテナ装置及び前記無線信号源の移動中に前記無線信号源から放射されて前記アンテナ装置によって受信された無線信号に基づいて、前記アンテナ装置の指向特性を設計値に近づけるように、前記アンテナ装置の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路の較正係数を計算するステップと、
前記計算された較正係数を記憶装置に格納するステップとを含み、
前記アンテナ装置及び前記無線信号源は、予め決められた距離を有して互いに離隔し、
前記信号処理回路の較正係数を計算するステップは、
前記受信された無線信号に含まれる各信号成分に係る伝搬経路長を計算するステップと、
前記受信された無線信号に含まれる少なくとも１つの信号成分であって、前記無線信号源及び干渉信号源の少なくとも一方からの各信号成分に係るドップラー周波数を計算するステップと、
前記アンテナ装置及び前記無線信号源の間の予め決められた距離に一致する伝搬経路長を有し、かつ、前記ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出するステップと、
前記抽出された信号成分に基づいて前記信号処理回路の較正係数を計算するステップとを含む。

これにより、周囲物体の影響を低減し、簡単かつ正確にアンテナ装置を較正することができる。

本開示の側面に係る較正装置、較正システム、及び較正方法によれば、周囲物体の影響を低減し、簡単かつ正確にアンテナ装置を較正することができる。

第１の実施形態に係る較正システムの構成を示す斜視図である。 図１の較正装置１及びレーダ装置１１の構成を示すブロック図である。 図１のレーダ装置１１の詳細構成を示すブロック図である。 図３のアンテナ素子４２－１～４２－Ｋからなるアレイアンテナ装置のモデルを説明するための概略図である。 図１の反射器１２の構成を示す斜視図である。 図１の較正システムの動作を説明するための概略図である。 図１の較正装置１によって実行される較正処理を示すフローチャートである。 図３の信号処理回路３３の較正係数を計算するためのテスト信号の周波数の時間的変化を示すグラフである。 図３のレーダ装置１１において、送信されたレーダ波の周波数及び受信されたレーダ波の周波数の差ｆ_ｄが、レーダ装置１１及び反射器１２の間の伝搬遅延時間に応じて変化することを説明するためのグラフである。 図３のアンテナ素子４２－１の受信信号の周波数の時間的変化を示すグラフである。 図２の較正係数計算器２２によって取得される受信信号の配列を示す図である。 図３のアンテナ素子４２－１の受信信号の周波数特性を示すグラフである。 図１１の受信信号の配列に対して二次元ＦＦＴを実行した結果を示す図である。 第１の実施形態の変形例に係る較正システムの構成を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る較正システムの構成を示す斜視図である。 図１５の較正装置１Ｂの構成を示すブロック図である。 図１６の無線周波回路の詳細構成を示すブロック図である。 図１６のアンテナ装置１３及び無線周波回路２４と同じタイプのアンテナ装置６１及び無線周波回路６２を備える無線通信装置１５の構成を示すブロック図である。 図１５の較正装置１Ｂによって実行される較正処理を示すフローチャートである。

［適用例］
図１は、第１の実施形態に係る較正システムの構成を示す斜視図である。図２は、図１の較正装置１及びレーダ装置１１の構成を示すブロック図である。図１の較正システムは、可変な指向性を有するアンテナ装置、例えば、レーダ装置１１のような無線端末装置に内蔵されたアンテナ装置３１を較正する。図２の例では、レーダ装置１１は、アンテナ装置３１の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路３３をさらに備える。従って、図１の較正システムは、アンテナ装置３１を較正するために、信号処理回路３３の較正係数を計算する。

図１の較正システムは、較正装置１、駆動装置２，３、及び反射器１２を備える。

反射器１２は、レーダ装置１１に向けて無線信号を放射する無線信号源である。反射器１２は、レーダ装置１１から放射された無線信号（レーダ波）を反射してレーダ装置１１に向けて再放射する。

駆動装置２，３は、レーダ装置１１及び反射器１２が予め決められた距離を有して互いに離隔するように、レーダ装置１１及び反射器１２をそれぞれ保持する。また、駆動装置２，３は、レーダ装置１１及び反射器１２を予め決められた同じ方向及び同じ速度でそれぞれ移動させる。駆動装置２は、例えば支持具２ａを介してレーダ装置１１を保持する。駆動装置３は、例えば支持具３ａを介して反射器１２を保持する。駆動装置２，３は、例えば、Ｘ軸に沿って一次元的に、Ｙ軸に沿って一次元的に、Ｚ軸に沿って一次元的に、又はそれらの組み合わせで、レーダ装置１１及び反射器１２を移動させる。

較正装置１は、駆動装置２，３を制御し、また、アンテナ装置３１を較正するためにレーダ装置１１の信号処理回路３３の較正係数を計算する。

駆動装置２，３、レーダ装置１１、及び反射器１２は、例えば、図１に示すように、電波暗室１００の内部に配置されてもよく、また、通常の建物の内部又は外部に配置されてもよい。

図２を参照すると、較正装置１は、コントローラ２１、較正係数計算器２２、及び記憶装置２３を備える。

コントローラ２１は、アンテナ装置３１及び反射器１２を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させるように駆動装置２，３を制御する。

較正係数計算器２２は、アンテナ装置３１及び反射器１２の移動中に反射器１２から放射されてアンテナ装置３１によって受信された無線信号に基づいて、アンテナ装置３１の指向特性を設計値に近づけるように、アンテナ装置３１の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路３３の較正係数を計算する。詳しくは、較正係数計算器２２は、受信された無線信号に含まれる各信号成分に係る伝搬経路長を計算する。次いで、較正係数計算器２２は、受信された無線信号に含まれる少なくとも１つの信号成分であって、反射器１２及び他の干渉信号源の少なくとも一方からの各信号成分に係るドップラー周波数を計算する。干渉信号源は、例えば、反射波又は他の干渉波を発生する周囲の物体又は他の無線信号源を示す。次いで、較正係数計算器２２は、アンテナ装置３１及び反射器１２の間の予め決められた距離に一致する伝搬経路長を有し、かつ、ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出する。次いで、較正係数計算器２２は、抽出された信号成分に基づいて信号処理回路３３の較正係数を計算する。

記憶装置２３は、較正係数計算器２２によって計算された較正係数を格納する。記憶装置２３に格納された較正係数は、着脱可能な記憶媒体又は通信回線を介して、レーダ装置１１（又は、較正対象のレーダ装置１１と同じ機種である他のレーダ装置）に送られ、そのアンテナ装置３１を較正するために使用される。

前述したように、アンテナ装置を較正するために無線信号源からの電波をアンテナ装置によって受信するとき、無線信号源からアンテナ装置への直接波に加えて、周囲の物体による反射波がアンテナ装置に入射し、較正の精度が低下することがある。一方、図１の較正システムによれば、較正装置１は、アンテナ装置３１及び反射器１２を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させ、アンテナ装置３１によって受信された無線信号に含まれる各信号成分に係るドップラー周波数を計算し、ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出する。アンテナ装置３１及び反射器１２を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させることにより、アンテナ装置３１及び反射器１２の相対位置が固定される。アンテナ装置３１及び反射器１２の移動中に反射器１２から放射された無線信号をアンテナ装置３１によって受信することにより、反射器１２からアンテナ装置３１への直接波のドップラー周波数はゼロになる一方、周囲の物体による反射波又は他の干渉波のドップラー
周波数は非ゼロになる。これにより、直接波の信号成分のみを抽出し、反射波又は他の干渉波の影響を低減し、信号処理回路３３の較正係数を正確に計算することができる。

また、前述したように、アンテナ装置の較正中にアンテナ装置又は無線信号源が波長のオーダーで移動すると、正確な較正は不可能になる。例えば、無線信号源が毎秒０．２ｍの速度で移動しているとき、アンテナ装置を較正するために無線信号を２０ミリ秒間にわたって受信する場合、較正中に無線信号源は４ｍｍにわたって移動することになる。これは、７９ＧＨｚ帯では１波長に相当し、電波から見て大きな移動量である。この場合、アンテナ装置と無線信号源との位置関係が較正中に一定であるとはいえず、アンテナ装置３１を正確に較正することができない。一方、図１の較正システムによれば、アンテナ装置３１及び反射器１２の相対位置が固定されているので、信号処理回路３３の較正係数を正確に計算することができる。

このように、本開示の実施形態に係る較正システムによれば、周囲物体の影響を低減し、簡単かつ正確にアンテナ装置を較正することができる。

本開示の実施形態に係る較正システムは、無線端末装置に内蔵されたアンテナ装置を較正するのではなく、図１５を参照して後述するように、アンテナ装置自体を直接に較正してもよい。また、本開示の実施形態に係る較正システムは、図１５を参照して後述するように、無線信号源として、反射器１２に代えて、無線送信機１４を用いてもよい。

［第１の実施形態］
第１の実施形態では、無線端末装置に内蔵されたアンテナ装置を較正する場合について説明する。

［第１の実施形態の構成］
図２を参照すると、レーダ装置１１は、例えば、アンテナ装置３１、無線周波回路３２、信号処理回路３３、コントローラ３４、及び記憶装置３５を備える。

図３は、図１のレーダ装置１１の詳細構成を示すブロック図である。

アンテナ装置３１は、アンテナ素子４１，４２－１～４２－Ｋを備える。アンテナ素子４１は、無線周波回路３２から供給された無線周波信号をレーダ波として放射する送信アンテナとして動作する。アンテナ素子４２－１～４２－Ｋは、アンテナ素子４１から放射されて何らかの反射物によって反射されたレーダ波を受信する受信アンテナとして動作する。アンテナ素子４２－１～４２－Ｋは、例えば、等間隔で一次元的に配置され、アレイアンテナ装置を構成する。アンテナ素子４２－１～４２－Ｋは、それらの受信信号を後段の信号処理回路３３によって処理することにより、可変な指向性を有する。

図４は、図３のアンテナ素子４２－１～４２－Ｋからなるアレイアンテナ装置のモデルを説明するための概略図である。アンテナ素子４２－１～４２－Ｋは、例えば、動作波長の１／２の間隔で配置されたリニアアレイアンテナ装置として構成されてもよい。図４では、図示の簡単化のため、アンテナ素子４２－１～４２－４のみを示す。

図４において、θ_１は、レーダ装置１１を基準とする反射器１２の方向を示す。この場合、反射器１２からレーダ装置１１に入射するレーダ波は到来方向θ_１を有する。図４の例では、方向θ_１は、アレイアンテナ装置のブロードサイド方向（図４の＋Ｙ方向）を０度とするように設定される。

アレイアンテナ装置の開口面積に対し、レーダ装置１１から反射器１２までの距離は十分に大きく設定される。例えば、７９ＧＨｚ帯のレーダ波を用いる場合、レーダ装置１１から反射器１２までの距離は、数十ｃｍ～数ｍに設定されてもよい。これにより、反射器１２からレーダ装置１１に入射するレーダ波は、平面波とみなすことができる。反射器１２がアレイアンテナ装置のブロードサイド方向、すなわちθ_１＝０の位置に配置されているとき、反射器１２から各アンテナ素子４２－１～４２－４までの距離は互いに等しく、また、各アンテナ素子４２－１～４２－４には同相のレーダ波がそれぞれ入射する。反射器１２’がθ_１≠０の位置に配置されているとき、反射器１２’から各アンテナ素子４２－１～４２－４までの距離は互いに異なり、また、各アンテナ素子４２－１～４２－４には、各アンテナ素子４２－１～４２－４の間隔と、方向θ_１とに応じて異なる位相を有するレーダ波がそれぞれ入射する。

再び図３を参照すると、無線周波回路３２は、アンテナ装置３１によって受信された無線信号をベースバンド信号に変換する。無線周波回路３２は、発振器５１、移相器５２－１～５２－Ｋ、ミキサ５３－１－１～５３－Ｋ－２、増幅器５４－１－１～５４－Ｋ－２、フィルタ５５－１－１～５５－Ｋ－２、及びアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）５６－１－１～５６－Ｋ－２を備える。

発振器５１は、レーダ装置１１のコントローラ３４（又は較正装置１のコントローラ２１）の制御下で、所定の周波数を有する無線周波信号を発生し、発生した無線周波信号をアンテナ素子４１に送る。発振器５１は、例えば、時間的に次第に増大又は減少する周波数を有するチャープ信号を発生する。発振器５１は、発生した無線周波信号を移相器５２－１～５２－Ｋにも送る。

アンテナ素子４２－１で受信された無線周波信号は、ミキサ５３－１－１，５３－１－２に入力される。ミキサ５３－１－１には、発振器５１によって発生された無線周波信号がさらに入力される。また、ミキサ５３－１－２には、発振器５１によって発生され、移相器５２－１によって９０度変化した位相を有する無線周波信号がさらに入力される。これにより、ミキサ５３－１－１，５３－１－２は、ベースバンドのＩ信号及びＱ信号をそれぞれ発生する。増幅器５４－１－１はＩ信号を増幅する。フィルタ５５－１－１は、Ｉ信号の不要な周波数帯域を阻止する。アナログ／ディジタル変換器５６－１－１は、アナログのＩ信号をディジタル信号に変換する。増幅器５４－１－２はＱ信号を増幅する。フィルタ５５－１－２は、Ｑ信号の不要な周波数帯域を阻止する。アナログ／ディジタル変換器５６－１－２は、アナログのＱ信号をディジタル信号に変換する。これにより、アナログ／ディジタル変換器５６－１から出力されたＩ信号及びＱ信号は、アンテナ素子４２－１の受信信号として、信号処理回路３３に送られる。

アンテナ素子４２－１で受信された無線周波信号と同様に、アンテナ素子４２－２～４２－Ｋで受信された無線周波信号は、ミキサ５３－２－１～５３－Ｋ－２、移相器５２－２～５２－Ｋ、増幅器５４－２－１～５４－Ｋ－２、フィルタ５５－２－１～５５－Ｋ－２、及びアナログ／ディジタル変換器５６－２－１～５６－Ｋ－２によって処理される。これにより、アナログ／ディジタル変換器５６－２～５６－Ｋから出力されたＩ信号及びＱ信号は、アンテナ素子４２－２～４２－Ｋの受信信号として、信号処理回路３３にそれぞれ送られる。

図３の例では、無線周波回路３２が無線周波信号をベースバンド信号に変換する場合を示すが、無線周波回路３２は、無線周波信号を中間周波信号に変換するように構成されてもよい。

信号処理回路３３の較正係数を計算するとき、アナログ／ディジタル変換器５６－１～５６－Ｋから出力されたＩ信号及びＱ信号は、アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号として、較正装置１の較正係数計算器２２に送られる。

信号処理回路３３は、無線周波回路３２から送られたアンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号に基づいて、反射物の距離及び方向を推定し、表示装置などの外部装置（図示せず）に出力する。このとき、信号処理回路３３は、アンテナ素子４２－１～４２－Ｋが可変な指向性を有するように、無線周波回路３２から送られたアンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号を処理する。

コントローラ３４は、レーダ装置１１の全体の動作を制御する。

記憶装置３５には、較正装置１によって計算された較正係数が格納される。コントローラ３４は、較正係数を記憶装置３５から読み出して信号処理回路３３に設定する。信号処理回路３３は、コントローラ３４により設定された較正係数を用いて、反射物の距離及び方向を推定する。

図５は、図１の反射器１２の構成を示す斜視図である。反射器１２は、例えば、互いに直交する３つの反射板を含むように構成されてもよい。これにより、レーダ装置１１から反射器１２にレーダ波が入射したとき、レーダ波を正確にレーダ装置１１に向けて反射することができる。反射器１２は、四角形の反射板に代えて三角形の反射板を含んでもよく、３つの反射板に代えて互いに直交する２つの反射板を含んでもよく、反射板に代えて球体又は他の任意の反射器を用いてもよい。

［第１の実施形態の動作］
図６は、図１の較正システムの動作を説明するための概略図である。電波暗室１００は、非所望波（例えば、壁面などの反射波）を低減するが、完全に除去できない可能性がある。従って、レーダ装置１１から反射器１２にレーダ波を送信したとき、レーダ装置１１には、反射器１２の反射波だけでなく、電波吸収体１０１又は他の物体の反射波が入射する可能性がある。信号処理回路３３の較正係数を正確に計算するためには、アンテナ装置３１の受信信号から、電波吸収体１０１又は他の物体に起因する信号成分を除去し、反射器１２の反射波に対応する信号成分のみを抽出する必要がある。このため、図１の較正システムによれば、前述したように、較正装置１は、レーダ装置１１及び反射器１２を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させる。図６の例では、駆動装置２，３（図示せず）は、レーダ装置１１及び反射器１２を＋Ｙ方向に移動させる。さらに、較正装置１は、アンテナ装置３１によって受信された無線信号に含まれる各信号成分に係るドップラー周波数を計算し、ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出する。

図７は、図１の較正装置１によって実行される較正処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、コントローラ２１は、駆動装置２，３を用いて、レーダ装置１１及び反射器１２の移動を開始する。駆動装置２，３は、レーダ装置１１及び反射器１２を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させる。移動速度は、後のステップＳ６において所望信号成分を抽出するとき、反射器１２を周囲の静止物体から十分に識別可能であるように設定される。例えば７９ＧＨｚのレーダ信号を用いる場合、駆動装置２，３は、レーダ装置１１及び反射器１２を毎秒１メートルの速度で移動させてもよい。

ステップＳ２において、コントローラ２１は、信号処理回路３３の較正係数を計算するためのテスト信号として、レーダ装置１１及び反射器１２の移動中に、レーダ装置１１の発振器５１を用いて、レーダ装置１１から反射器１２にレーダ波を送信する。テスト信号は、予め決められた回数にわたって繰り返されるチャープ信号を含む。反射器１２によって反射されたレーダ波は、レーダ装置１１により受信される。また、ステップＳ２において、較正係数計算器２２は、レーダ装置１１の無線周波回路３２から各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号を取得する。較正係数計算器２２は、テスト信号に対応する受信信号の全体を内部のメモリに格納する。

テスト信号の送信が完了したとき、ステップＳ３において、コントローラ２１は、駆動装置２，３を用いたレーダ装置１１及び反射器１２の移動を停止する。

ステップＳ４において、較正係数計算器２２は、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）をそれぞれ実行し、各受信信号の各信号成分に係る伝搬経路長を計算する。言いかえると、較正係数計算器２２は、レーダ装置１１から反射物までの距離Ｒを計算する。較正係数計算器２２は、伝搬経路長を計算するために、後述するように、各チャープ信号をサンプリングにより分割した区間を示すインデックスｎに関してＦＦＴを実行する。

ステップＳ５において、較正係数計算器２２は、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）をそれぞれ実行し、各受信信号の各信号成分に係るドップラー周波数を計算する。較正係数計算器２２は、ドップラー周波数を計算するために、後述するように、テスト信号におけるチャープ信号の番号を示すインデックスｍに関してＦＦＴを実行する。

ステップＳ６において、較正係数計算器２２は、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号から、レーダ装置１１から反射物までの計算された距離Ｒが予め決められた距離に一致し、かつ、ドップラー周波数がゼロである信号成分をそれぞれ抽出する。前述したように、アンテナ装置３１及び反射器１２の相対位置が固定されているので、計算された距離が実際の距離に一致し、かつ、ドップラー周波数がゼロである信号成分は、反射器１２からアンテナ装置３１への直接波に対応する。一方、計算された距離が実際の距離に不一致する信号成分、又は、ドップラー周波数が非ゼロである信号成分は、周囲の物体による反射波又は他の干渉波を示す。

ステップＳ７において、較正係数計算器２２は、抽出された信号成分に基づいて信号処理回路３３の較正係数を計算する。較正係数の計算方法については、後述する。

ステップＳ８において、較正係数計算器２２は、計算された較正係数を記憶装置２３に格納する。

［ドップラー周波数に基づく所望信号成分の抽出］
ここで、図８～図１３を参照して、ドップラー周波数の計算（図７のステップＳ５）及び所望信号成分の抽出（図７のステップＳ６）について説明する。

図８は、図３の信号処理回路３３の較正係数を計算するためのテスト信号の周波数の時間的変化を示すグラフである。図８の例では、変調期間Ｔにわたって周波数ｆ_０１からｆ_０２（中心周波数ｆ_ｃ、帯域幅Ｂ）まで時間的に線形に増大する周波数をそれぞれ有するＭ個のチャープ信号が、周期Ｔ_ＰＲＩで反復的に発生される。各チャープ信号は、インデックスｍ＝０，１，…，Ｍ－１で表される。受信されたレーダ波の周波数は、送信されたレーダ波の周波数に対して、レーダ装置１１から反射物までの距離に応じた遅延時間τを有して変化する。変調期間Ｔは、送信されたレーダ波に対する受信されたレーダ波の遅延時間τよりも非常に大きくなるように設定される。

図９は、図３のレーダ装置１１において、送信されたレーダ波の周波数及び受信されたレーダ波の周波数の差ｆ_ｄが、レーダ装置１１及び反射物の間の伝搬遅延時間に応じて変化することを説明するためのグラフである。図９は、図８のテスト信号におけるＭ個のチャープ信号のうちの１つを示す。前述したように、受信されたレーダ波の周波数は、送信されたレーダ波の周波数に対して、レーダ装置１１から反射物までの距離に応じた遅延時間τを有して変化する。従って、送信されたレーダ波の周波数及び受信されたレーダ波の周波数の差ｆ_ｄは、レーダ装置１１から反射物までの距離に応じて変化する。距離が増大すると周波数の差ｆ_ｄも増大し、距離が減少すると周波数の差ｆ_ｄも減少する。また、時刻ｔ２～ｔ３の時間区間において、周波数の差ｆ_ｄは一定である。

図１０は、図３のアンテナ素子４２－１の受信信号の周波数の時間的変化を示すグラフである。図１０は、図９の１つのチャープ信号に対応する。送信された無線周波信号及び受信された無線周波信号はミキサ５３－１－１～５３－１－２により混合されるので、アンテナ素子４２－１の受信信号は一定の周波数ｆ_ｄを有する。１つのチャープ信号に対応する、アンテナ素子４２－１の受信信号は、サンプリング周波数ｆ_ｓでサンプリングされ、Ｎ個の区間に分割される。分割された各区間は、インデックスｎ＝０，１，…，Ｎ－１で表される。

図１１は、図２の較正係数計算器２２によって取得される受信信号の配列を示す図である。前述したように、テスト信号はＭ個のチャープ信号を含む。また、Ｍ個のチャープ信号のそれぞれは、Ｎ個の区間に分割される。従って、較正係数計算器２２は、テスト信号に対応する受信信号の全体を、Ｎ×Ｍ要素の配列として、内部のメモリに格納する。

図１１の配列は、アンテナ素子４２－１～４２－Ｋごとに取得される。

受信信号の各信号成分に係るドップラー周波数を計算するためには、以下に説明するように、受信信号の位相を参照する。

１つのチャープ信号の周波数は次式により表される。

このとき、チャープ信号の位相は次式で表される。

ここで、φ_０は初期位相を示す。

送信された無線周波信号及び受信された無線周波信号はミキサ５３－１－１～５３－１－２により混合されるので、アンテナ素子４２－１の受信信号の位相は次式で表される。

送信されたレーダ波に対する受信されたレーダ波の遅延時間τは、τ＝２（Ｒ＋ｖｔ）／ｃで表される。ここで、Ｒは、レーダ装置１１から反射物（反射器１２又は他の物体）までの距離を示す。ｖは、レーダ装置１１の速度に対する反射物の相対速度を示す。ｃは光速を示す。式（３）にτを代入することにより、次式が得られる。

τ≪Ｔから、式（４）において、ｔ^２を含む項は微小であるので無視することができ、次式が得られる。

ここで、「２ｆ_ｃ・ｖ／ｃ」は、ドップラー周波数を示す。

図１２は、図３のアンテナ素子４２－１の受信信号の周波数特性を示すグラフである。図１２は、較正係数計算器２２又は３３が図１０の受信信号に対してインデックスｎに関してＦＦＴを実行した結果を示す。図９を参照して説明したように、周波数ｆ_ｄは、レーダ装置１１から反射物までの距離に応じて変化する。従って、周波数領域で表されたアンテナ素子４２－１の受信信号の信号レベルが最大になるときの周波数を検出することにより、レーダ装置１１から反射物までの距離を推定することができる。

テスト信号がＭ個のチャープ信号を含む場合、アンテナ素子４２－１の受信信号は次式により表される。

ここで、ｒｅｃｔ（ａ）は、｜ａ｜＞１／２のとき０、｜ａ｜＝１／２のとき１／２、｜ａ｜＜１／２のとき１である矩形関数を示す。簡単化のため、受信信号の振幅が１であると仮定している。

受信信号をサンプリング周波数ｆ_ｓでサンプリングすることにより、次式が得られる。

式（７）によれば、変数ｎに関する周波数は、レーダ装置１１の速度に対する反射物の相対速度ｖと、レーダ装置１１から反射物までの距離Ｒとの関数であることがわかる。また、式（７）によれば、変数ｍに関する周波数は、レーダ装置１１の速度に対する反射物の相対速度ｖの関数であることがわかる。

式（７）に対して、変数ｎ及びｍに関して二次元のフーリエ変換を実行することにより、次式で表される周波数領域の受信信号Ｚ（ｎ’，ｍ’）が得られる。

ここで、変数ｎ’は、変数ｎに対応する周波数を示す。同様に、変数ｍ’は、変数ｍに対応する周波数を示す。周波数領域の受信信号Ｚ（ｎ’，ｍ’）は、さまざまな周波数ｎ’，ｍ’に対応するさまざまな信号成分を含む。

変数ｎ及びｍに関してフーリエ変換を実行するとき、ハミング窓又はブラックマン窓などの窓関数をそれぞれ適用してもよい。

図１３は、図１１の受信信号の配列に対して二次元ＦＦＴを実行した結果を示す図である。変数ｍに関してフーリエ変換を実行することで、レーダ装置１１の速度に対する反射物の相対速度ｖを得ることができる。また、変数ｎに関してフーリエ変換を実行することで、レーダ装置１１から反射物までの距離Ｒを得ることができる。各信号成分について、対応する相対速度ｖ及び距離Ｒを決定することができる。図１３の例では、距離Ｒ０かつ相対速度ｖ０＝０を有する信号成分が、反射器１２からアンテナ装置３１への直接波に対応し、他の距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３又は他の相対速度ｖ１，ｖ２，ｖ３を有する信号成分が、周囲の物体による反射波又は他の干渉波に対応する。距離Ｒ及び相対速度ｖを参照することにより、反射器１２からアンテナ装置３１への直接波に対応する信号成分のみを抽出し、周囲の物体による反射波又は他の干渉波に対応する信号成分を除去することができる。

反射器１２からアンテナ装置３１への直接波に対応する信号成分と、周囲の物体による反射波又は他の干渉波に対応する信号成分とについて同じ相対速度ｖ０が計算された場合であっても、計算された距離Ｒに基づいて、直接波に対応する信号成分を特定することができる。

ただし、距離Ｒは相対速度ｖにも依存するので、非ゼロの相対速度を有する反射物の距離を測定する精度は、ゼロの相対速度を有する反射物（すなわち反射器１２）の距離を測定する精度よりも劣る。

図１の較正システムでは、レーダ装置１１及び反射器１２の相対速度が常にゼロになるようにレーダ装置１１及び反射器１２を移動させている。従って、式（５）において、距離Ｒを含む項は相対速度ｖに依存しない。したがって、式（５）の位相は距離Ｒにのみ依存するが、距離Ｒは較正中に変化しないので、位相を高精度に測定することができる。これによって、信号処理回路３３の較正係数を、受信信号の位相及び振幅に基づいて高精度に計算することができる。

［較正係数の計算］
図７のステップＳ７において、信号処理回路３３の較正係数は、例えば、以下のように計算される。

各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号は、例えば、以下のようにモデル化される。

ここで、ｚ（ｔ）は、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号ｚ_１（ｔ），ｚ_２（ｔ），…，ｚ_Ｋ（ｔ）からなる受信信号ベクトルを示す。各受信信号ｚ_１（ｔ），…，ｚ_Ｋ（ｔ）は複素数値を有する。ａ（θ）は、アンテナ素子４２－１～４２－Ｋからなるアレイアンテナ装置のモードベクトルを示す。ここで、θは、レーダ装置１１へ入射するレーダ波の到来方向を示す。また、ｙ（ｔ）は、到来波の複素振幅を示す。ｎ（ｔ）は、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの付加ガウスノイズからなるＫ次元のノイズベクトルを示す。

ここで、λは、無線周波信号の波長を示す。ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_Ｋは、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの位置（Ｘ座標）を示す。上付き添字Ｔはベクトル（又は行列）の転置を示す。

式（１１）のモードベクトルａ（θ）は、アンテナ素子４２－１～４２－Ｋからなるアレイアンテナ装置の設計値に基づいて予め計算されて記憶装置２３及び３５に格納されている。

較正係数計算器２２は、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号ｚ_１（ｔ），…，ｚ_Ｋ（ｔ）に対して、ハミング窓又はブラックマン窓などの窓関数を適用してもよい。

図７のステップＳ６を参照して説明したように、較正係数計算器２２は、各アンテナ素子４２－ｋ（１≦ｋ≦Ｋ）の受信信号ｚ_ｋ（ｔ）に対して二次元のフーリエ変換をそれぞれ実行し、周波数領域の受信信号Ｚ_ｋ（ｎ’，ｍ’）を取得する。周波数領域の受信信号Ｚ_ｋ（ｎ’，ｍ’）は複素数値を有し、周波数ｎ’，ｍ’における各受信信号の振幅及び位相を表す。較正係数計算器２２は、各アンテナ素子４２－ｋの周波数領域の受信信号Ｚ_ｋ（ｎ’，ｍ’）から、アンテナ装置３１及び反射器１２の間の予め決められた距離に一致する伝搬経路長を有し、かつ、ドップラー周波数がゼロである信号成分Ｚ_ｋ（ｎ_ｋ’，ｍ_ｋ’）をそれぞれ抽出する。信号成分Ｚ_ｋ（ｎ_ｋ’，ｍ_ｋ’）は、反射器１２からアンテナ装置３１への直接波に対応し、また、図１３の例における距離Ｒ０かつ相対速度ｖ０＝０を有する信号成分に対応する。

次に、レーダ装置１１は、レーダ装置１１を較正する較正係数として、モードベクトルの較正行列Ｃを計算する。式（１１）は、理想的なモードベクトルを示すが、実際には、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの機械的誤差及び電気的誤差に起因して、モードベクトルは式（１１）とは異なる特性を有する。ここで、実際のモードベクトルａ_{ａｃｔｕａｌ}（θ）を次式により示す。

ここで、Ｃは、次式で表される較正行列である。

以下、説明の簡単化のために、較正行列Ｃが次式で表される場合について説明する。

ここで、φ_１，…，φ_Ｋは、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの位相誤差をそれぞれ示す。

較正係数計算器２２は、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの周波数領域の受信信号から抽出された信号成分Ｚ_１（ｎ_１’，ｍ_１’），…，Ｚ_Ｋ（ｎ_Ｋ’，ｍ_Ｋ’）に基づいて、次式を用いて相関行列Ｒ_ＺＺを計算する。

ここで、Ｚは、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの周波数領域の受信信号から抽出された信号成分Ｚ_１（ｎ_１’，ｍ_１’），…，Ｚ_Ｋ（ｎ_Ｋ’，ｍ_Ｋ’）からなるベクトルを示す。

上付き添字Ｈはベクトル（又は行列）の複素共役転置を示す。

テスト信号を複数回にわたって送信する場合、これらのテスト信号について計算された複数の相関行列Ｒ_ＺＺの平均を計算し、この平均された相関行列Ｒ_ａｖｅを後のステップで使用してもよい。平均された相関行列Ｒ_ａｖｅを用いることにより、信号対雑音比を向上することができる。

較正係数計算器２２は、次式のように相関行列Ｒ_ＺＺの固有値分解を実行し、第１固有ベクトルｕ_１を抽出する。

ここで、ｕ_１，…，ｕ_Ｋは固有ベクトルを示し、λ_１，…，λ_Ｋは固有値を示す。第１固有ベクトルｕ_１（すなわち、最大の固有値λ_１に対応する固有ベクトル）は、レーダ装置１１から送信されかつ反射器１２によって反射されたレーダ波に対応する。また、他の固有ベクトルｕ_２，…，ｕ_Ｋはノイズに対応する。

較正係数計算器２２は、第１固有ベクトルｕ_１及びモードベクトルａ（θ_１）に基づいて、モードベクトルの較正行列Ｃを計算する。

各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号はレーダ装置１１のフロントエンドの誤差を含むので、第１固有ベクトルｕ_１は次式で表される。

ここで、θ_１は、前述したように、レーダ装置１１の位置を基準とする反射器１２の方向を示す。

従って、較正行列Ｃの要素ｃ_ｐｑ（１≦ｐ，ｑ≦Ｋ）は、第１固有ベクトルｕ_１及びモードベクトルａ（θ_１）に基づいて、次式で表される。

ここで、ｕ_ｐ１（１≦ｐ≦Ｋ）は、第１固有ベクトルｕ_１の要素を示す。

較正係数計算器２２は、計算された較正行列Ｃを、信号処理回路３３の較正係数として、記憶装置２３に格納する。

［レーダ探知処理］
実際にレーダ装置１１を用いて周囲の障害物などを検出しようとするとき、レーダ装置１１は例えば以下のように動作する。

まず、コントローラ３４は、較正行列Ｃを記憶装置３５から読み出して信号処理回路３３に設定する。

レーダ装置１１は、レーダ波を送信し、反射物によって反射されたレーダ波を受信する。レーダ波は、１つ又は複数のチャープ信号を含んでもよい。

信号処理回路３３は、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号に対して一次元のＦＦＴをそれぞれ実行して各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの周波数領域の受信信号Ｚ_１（ｆ），…，Ｚ_Ｋ（ｆ）を計算する。信号処理回路３３はさらに、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの周波数領域の受信信号Ｚ_１（ｆ），…，Ｚ_Ｋ（ｆ）から、それらのピークＺ_１（ｆ_１），…，Ｚ_Ｋ（ｆ_Ｋ）をそれぞれ抽出する。

信号処理回路３３は、各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの周波数領域の受信信号のピークＺ_１（ｆ_１），…，Ｚ_Ｋ（ｆ_Ｋ）からなるベクトルの相関行列Ｒ_ＺＺを計算する。

信号処理回路３３は、相関行列Ｒ_ＺＺ、モードベクトルａ（θ）、及び較正行列Ｃに基づいて、評価関数Ｐ（θ）を計算する。

評価関数Ｐ（θ）は、例えば次式で与えられる。

式（２３）は、到来方向θに依存する入射波の電力を示す。例えば、ビームフォーマ法と呼ばれる到来方向推定法によれば、式（２３）を評価関数として使用し、式（２３）の変数θを変化させ、評価関数Ｐ（θ）を最大化するときの変数θの値を、入射波の到来方向として推定することができる。

信号処理回路３３は、計算された評価関数Ｐ（θ）を用いて、レーダ装置１１を基準とする反射物の方向を推定する（方向サーチ）。例えば、信号処理回路３３は、変数θを所定の初期値から予め決められたステップ幅でインクリメントし、式（２３）の評価関数Ｐ（θ）を最大化するときの変数θの値を、反射物の方向として推定する。

その後、信号処理回路３３は、推定された距離及び方向を、表示装置などの外部装置（図示せず）に出力する。

式（１５）は、較正行列Ｃが受信信号の位相のみを補正する場合を示すが、較正行列は、受信信号の振幅及び位相を補正するように構成されてもよい。

［第１の実施形態の変形例］
図１４は、第１の実施形態の変形例に係る較正システムの構成を示す斜視図である。図１４の較正システムは、図１の較正装置１及び２つの駆動装置２，３に代えて、較正装置１Ａ及び駆動装置４を備える。

駆動装置４は、図１の駆動装置２，３と同様に、レーダ装置１１及び反射器１２を予め決められた同じ方向及び同じ速度でそれぞれ移動させる。駆動装置４は、レーダ装置１１及び反射器１２が予め決められた距離を有して互いに離隔するように、支持具４ａを介してレーダ装置１１を保持し、支持具４ｂを介して反射器１２を保持する。

較正装置１Ａは、図１の２つの駆動装置２，３に代えて、一体化された駆動装置４を制御することの他は、図１の較正装置１と同様に構成される。

図１４に示すように一体化された駆動装置４を用いることにより、レーダ装置１１及び反射器１２が予め決められた距離を有して互いに離隔するように、レーダ装置１１及び反射器１２を容易に保持することができる。

［第１の実施形態の効果］
第１の実施形態に係る較正システムによれば、較正装置１は、レーダ装置１１及び反射器１２を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させ、各受信信号の各信号成分に係るドップラー周波数を計算し、ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出する。これにより、周囲物体の影響を低減し、簡単かつ正確にアンテナ装置１３を較正することができる。

較正装置１によって計算された較正係数は、較正装置１の記憶装置２３から読み出され、レーダ装置１１の記憶装置３５に書き込まれる。レーダ装置１１は、記憶装置３５から読み出した較正係数を用いてレーダ探知処理を実行することにより、レーダ装置１１から反射物までの距離及び方向を高精度に推定することができる。

第１の実施形態に係る較正システムによれば、電波暗室を使用せず、通常の建物の内部又は外部であっても、直接波の信号成分のみを抽出し、反射波又は他の干渉波の影響を低減し、信号処理回路３３の較正係数を正確に計算することができる。従って、アンテナ装置を製造時に較正するために較正システムを構築する場合、高価な電波吸収体を削減、又は完全に除去することができ、較正システムのコストを低減することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、無線端末装置に内蔵されたアンテナ装置を較正するのではなく、アンテナ装置自体を直接に較正する場合について説明する。

［第２の実施形態の構成］
図１５は、第２の実施形態に係る較正システムの構成を示す斜視図である。図１５の較正システムは、可変な指向性を有するアンテナ装置１３を較正する。図１８を参照して後述するように、図１５のアンテナ装置１３と同じタイプのアンテナ装置６１が、無線通信装置１５のような無線端末装置に組み込まれて使用される。無線通信装置１５は、アンテナ装置６１の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路６３をさらに備える。従って、図１５の較正システムは、アンテナ装置１３又は６３を較正するために、無線通信装置１５の信号処理回路６３の較正係数を計算する。

図１５の較正システムは、較正装置１Ｂ、駆動装置２，３、及び無線送信機１４を備える。

無線送信機１４は、較正装置１Ｂの制御下で無線信号を発生して放射する無線信号源である。

駆動装置２，３は、アンテナ装置１３及び無線送信機１４が予め決められた距離を有して互いに離隔するように、アンテナ装置１３及び無線送信機１４をそれぞれ保持する。また、駆動装置２，３は、アンテナ装置１３及び無線送信機１４を予め決められた同じ方向及び同じ速度でそれぞれ移動させる。駆動装置２は、例えば支持具２ａを介してアンテナ装置１３を保持する。駆動装置３は、例えば支持具３ａを介して無線送信機１４を保持する。

較正装置１Ｂは、駆動装置２，３を制御し、また、信号処理回路６３の較正係数を計算する。

図１６は、図１５の較正装置１Ｂの構成を示すブロック図である。較正装置１Ｂは、コントローラ２１Ｂ、無線周波回路２４、較正係数計算器２２、及び記憶装置２３を備える。

コントローラ２１Ｂは、アンテナ装置１３及び無線送信機１４を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させるように駆動装置２，３を制御する。また、コントローラ２１Ｂは、無線周波回路２４の動作と同期してテスト信号を発生するように、無線送信機１４を制御する。

無線周波回路２４は、アンテナ装置１３によって受信された無線信号をベースバンド信号に変換する。

図１７は、図１６の無線周波回路の詳細構成を示すブロック図である。

第２の実施形態に係る較正システムでは、アンテナ装置１３を較正するためにアンテナ装置１３から無線信号を放射する必要はない。従って、図１７に示すように、アンテナ装置１３は、受信アンテナとして動作するアンテナ素子４２－１～４２－Ｋのみを備え、送信アンテナとして動作するアンテナ素子をもたない。図１７のアンテナ素子４２－１～４２－Ｋは、図３のアンテナ素子４２－１～４２－Ｋと同様に構成される。

無線周波回路２４は、発振器５１、移相器５２－１～５２－Ｋ、ミキサ５３－１－１～５３－Ｋ－２、増幅器５４－１－１～５４－Ｋ－２、フィルタ５５－１－１～５５－Ｋ－２、及びアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）５６－１－１～５６－Ｋ－２を備える。発振器５１は、コントローラ２１Ｂの制御下で、所定の周波数を有する無線周波信号を発生し、発生した無線周波信号を移相器５２－１～５２－Ｋに送る。無線送信機１４は、発振器５１によって発生されるものと同じ無線周波信号を発生する。無線周波回路２４の他の構成要素は、図３の無線周波回路３２の対応する構成要素と同様に構成される。アナログ／ディジタル変換器５６－１～５６－Ｋから出力されたＩ信号及びＱ信号は、アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号として、較正装置１の較正係数計算器２２に送られる。

図１６の較正係数計算器２２及び記憶装置２３は、図２の対応する構成要素と同様に構成される。較正係数計算器２２は、無線周波回路２４から出力されたベースバンド信号に基づいて、信号処理回路６３の較正係数を計算する。

図１８は、図１６のアンテナ装置１３及び無線周波回路２４と同じタイプのアンテナ装置６１及び無線周波回路６２を備える無線通信装置１５の構成を示すブロック図である。前述したように、図１５のアンテナ装置１３又は同じタイプのアンテナ装置６１が、無線通信装置１５のような無線端末装置に組み込まれて使用される。無線通信装置１５は、アンテナ装置６１、無線周波回路６２、信号処理回路６３、コントローラ６４、及び記憶装置６５を備える。

アンテナ装置６１は、図１６のアンテナ装置１３と同じタイプである。従って、図１６のアンテナ装置１３について計算された較正係数は、図１８のアンテナ装置６１にも適用可能である。

無線周波回路６２は、図１６の無線周波回路２４と同じタイプである。無線周波回路６２は、アンテナ装置６１によって受信された無線信号をベースバンド信号に変換する。

信号処理回路６３は、無線周波回路６２から送られたアンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号を復調する。このとき、信号処理回路６３は、アンテナ素子４２－１～４２－Ｋが可変な指向性を有するように、無線周波回路６２から送られたアンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号を処理する。

コントローラ６４は、無線通信装置１５の全体の動作を制御する。

記憶装置６５には、較正装置１Ｂによって計算された較正係数が格納される。コントローラ６４は、較正係数を記憶装置６５から読み出して信号処理回路６３に設定する。信号処理回路６３は、コントローラ６４により設定された較正係数を用いて受信信号を処理する。

［第２の実施形態の動作］
図１９は、図１５の較正装置１Ｂによって実行される較正処理を示すフローチャートである。

ステップＳ２１において、コントローラ２１Ｂは、駆動装置２，３を用いてアンテナ装置１３及び無線送信機１４の移動を開始する。ステップＳ２１は、図７のステップＳ１と同様である。

ステップＳ２２において、コントローラ２１Ｂは、信号処理回路６３の較正係数を計算するためのテスト信号として、無線送信機１４からアンテナ装置１３に向けてテスト信号を送信するように無線送信機１４を制御する。テスト信号は、例えば、第１の実施形態と同様に、予め決められた回数にわたって繰り返されるチャープ信号を含む。ステップＳ２３において、無線周波回路２４は、アンテナ装置１３を介してテスト信号を受信し、較正係数計算器２２は、無線周波回路２４から各アンテナ素子４２－１～４２－Ｋの受信信号を取得する。

テスト信号の送信が完了したとき、ステップＳ２４において、コントローラ２１Ｂは、駆動装置２，３を用いたアンテナ装置１３及び無線送信機１４の移動を停止する。

以後のステップＳ２５～Ｓ２９は、図７のステップＳ４～Ｓ８と実質的に同様である。

［第２の実施形態の効果］
第２の実施形態に係る較正システムによれば、較正装置１Ｂは、アンテナ装置１３及び無線送信機１４を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させ、各受信信号の各信号成分に係るドップラー周波数を計算し、ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出する。これにより、第１の実施形態と同様に、周囲物体の影響を低減し、簡単かつ正確にアンテナ装置１３を較正することができる。

較正装置１Ｂによって計算された較正係数は、較正装置１Ｂの記憶装置２３から読み出され、無線通信装置１５の記憶装置６５に書き込まれる。無線通信装置１５は、記憶装置６５から読み出した較正係数を用いて受信信号を処理することにより、アンテナ装置６１の主ビーム方向を適切に操向し、通信品質を向上することができる。

第２の実施形態に係る較正システムによれば、無線送信機１４を用いることにより、送信アンテナを持たないアンテナ装置１３を較正することができる。また、第２の実施形態に係る較正システムによれば、較正装置１Ｂが無線周波回路２４を備えたことにより、アンテナ装置１３自体を直接に較正することができる。

［変形例］
第１及び第２の実施形態では、ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出する場合について説明したが、ドップラー周波数がゼロに最も近い信号成分を、無線信号源からアンテナ装置への直接波の信号成分として抽出してもよい。同様に、第１及び第２の実施形態では、アンテナ装置から無線信号源までの予め決められた距離に一致する伝搬経路長を有する信号成分を抽出する場合について説明したが、予め決められた距離に最も近い伝搬経路長を有する信号成分を、無線信号源からアンテナ装置への直接波の信号成分として抽出してもよい。

信号処理回路の較正係数を計算するために、チャープ信号に代えて他の無線信号、例えばパルス信号を用いてもよい。

無線端末装置に内蔵されたアンテナ装置を較正するとき、第１の実施形態では反射器を用いたが、反射器に代えて無線送信機を用いてもよい。この場合、較正装置のコントローラは、無線端末装置の無線周波回路の動作と同期してテスト信号を発生するように、無線送信機を制御する。

無線端末装置に内蔵されたアンテナ装置を較正するとき、第１の実施形態に係る較正装置は無線端末装置の無線周波回路の出力信号を取得して処理したが、それに代わって、アンテナ装置の出力信号を取得して処理してもよい。

第１及び第２の実施形態では、無線周波回路２４，３２，６２がベースバンドの受信信号を出力し、較正係数計算器２２及び信号処理回路３３，６３がベースバンドの受信信号を処理する場合について説明した。それに代わって、無線周波回路が中間周波数の受信信号を出力し、較正係数計算器が中間周波数の受信信号を処理してもよい。

第１及び第２の実施形態では、受信アンテナとして動作するアンテナ装置が可変な指向性を有する場合について説明した。一方、アンテナ装置の双対性により、本開示の実施形態は、送信アンテナとして動作するアンテナ装置が可変な指向性を有する場合にも適用可能である。

［まとめ］
本開示の各側面に係る較正システム及び較正方法は、以下のように表現されてもよい。

本開示の一側面によれば、可変な指向性を有するアンテナ装置１３，３１の較正装置１，１Ａ，１Ｂが提供される。較正装置１，１Ａ，１Ｂは、コントローラ２１，２１Ｂ、較正係数計算器２２、及び記憶装置２３を備える。コントローラ２１，２１Ｂは、アンテナ装置１３，３１及び無線信号源を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させるように駆動装置２～４を制御する。較正係数計算器２２は、アンテナ装置１３，３１及び無線信号源の移動中に無線信号源から放射されて受信された無線信号に基づいて、アンテナ装置１３，３１の指向特性を設計値に近づけるように、アンテナ装置１３，３１の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路３３，６３の較正係数を計算する。記憶装置２３は、較正係数計算器２２によって計算された較正係数を格納する。アンテナ装置３１及び無線信号源は、予め決められた距離を有して互いに離隔する。較正係数計算器２２は、受信された無線信号に含まれる各信号成分に係る伝搬経路長を計算する。較正係数計算器２２は、受信された無線信号に含まれる少なくとも１つの信号成分であって、無線信号源及び干渉信号源の少なくとも一方からの各信号成分に係るドップラー周波数を計算する。較正係数計算器２２は、アンテナ装置１３，３１及び無線信号源の間の予め決められた距離に一致する伝搬経路長を有し、かつ、ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出する。較正係数計算器２２は、抽出された信号成分に基づいてアンテナ装置１３，３１の較正係数を計算する。

本開示の一側面によれば、アンテナ装置１３，３１は、無線信号を放射する送信アンテナを含む。無線信号源は、送信アンテナから放射された無線信号を反射してアンテナ装置１３，３１に向けて再放射する反射器１２である。

本開示の一側面によれば、無線信号源は、無線信号を発生して放射する無線送信機１４である。

本開示の一側面によれば、駆動装置２～４は、アンテナ装置３１を備えた無線端末装置を移動させる。無線端末装置は、アンテナ装置３１によって受信された無線信号をベースバンド信号に変換する無線周波回路３２をさらに備える。較正係数計算器２２は、無線周波回路３２から出力されたベースバンド信号に基づいて、信号処理回路３３の較正係数を計算する。

本開示の一側面によれば、較正装置１Ｂは、アンテナ装置１３によって受信された無線信号をベースバンド信号に変換する無線周波回路２４をさらに備える。較正係数計算器２２は、無線周波回路２４から出力されたベースバンド信号に基づいて、信号処理回路３３の較正係数を計算する。

本開示の一側面によれば、可変な指向性を有するアンテナ装置１３，３１の較正システムが提供される。較正システムは、較正装置１，１Ａ，１Ｂと、アンテナ装置１３，３１に向けて無線信号を放射する無線信号源と、アンテナ装置１３，３１及び無線信号源を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させる駆動装置２～４とを備える。

本開示の一側面によれば、可変な指向性を有するアンテナ装置１３，３１の較正方法が提供される。較正方法は、駆動装置２～４を用いて、アンテナ装置１３，３１及び無線信号源を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させるステップと、アンテナ装置１３，３１及び無線信号源の移動中に無線信号源から放射されて受信された無線信号に基づいて、アンテナ装置１３，３１の指向特性を設計値に近づけるように、アンテナ装置１３，３１の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路３３，６３の較正係数を計算するステップと、計算された較正係数を記憶装置２３に格納するステップとを含む。アンテナ装置３１及び無線信号源は、予め決められた距離を有して互いに離隔する。信号処理回路３３，６３の較正係数を計算するステップは、受信された無線信号に含まれる各信号成分に係る伝搬経路長を計算するステップと、受信された無線信号に含まれる少なくとも１つの信号成分であって、無線信号源及び干渉信号源の少なくとも一方からの各信号成分に係るドップラー周波数を計算するステップと、アンテナ装置１３，３１及び無線信号源の間の予め決められた距離に一致する伝搬経路長を有し、かつ、ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出するステップと、抽出された信号成分に基づいて信号処理回路３３，６３の較正係数を計算するステップとを含む。

本開示の較正システムは、例えば、レーダ装置を出荷時に検査するとき、簡単かつ正確にレーダ装置のアンテナ装置を較正することができる。

１，１Ａ，１Ｂ 較正装置
２，３，４ 駆動装置
１１ レーダ装置
１２ 反射器
１３ アンテナ装置
１４ 無線送信機
１５ 無線通信装置
２１，２１Ｂ コントローラ
２２ 較正係数計算器
２３ 記憶装置
２４ 無線周波回路
３１ アンテナ装置
３２ 無線周波回路
３３ 較正係数計算器
３４ コントローラ
３５ 記憶装置
４１，４２－１～４２－Ｋ アンテナ素子
５１ 発振器
５２－１～５２－Ｋ 移相器
５３－１－１～５３－Ｋ－２ ミキサ
５４－１－１～５４－Ｋ－２ 増幅器
５５－１－１～５５－Ｋ－２ フィルタ
５６－１－１～５６－Ｋ－２ アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）
６１ アンテナ装置
６２ 無線周波回路
６３ 信号処理回路
６４ コントローラ
６５ 記憶装置
１００ 電波暗室
１０１ 電波吸収体

Claims (7)

1. 可変な指向性を有するアンテナ装置の較正装置であって、
   前記アンテナ装置及び無線信号源を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させるように駆動装置を制御するコントローラと、
   前記アンテナ装置及び前記無線信号源の移動中に前記無線信号源から放射されて前記アンテナ装置によって受信された無線信号に基づいて、前記アンテナ装置の指向特性を設計値に近づけるように、前記アンテナ装置の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路の較正係数を計算する較正係数計算器と、
   前記較正係数計算器によって計算された較正係数を格納する記憶装置とを備え、
   前記アンテナ装置及び前記無線信号源は、予め決められた距離を有して互いに離隔し、
   前記較正係数計算器は、
   前記受信された無線信号に含まれる各信号成分に係る伝搬経路長を計算し、
   前記受信された無線信号に含まれる少なくとも１つの信号成分であって、前記無線信号源及び干渉信号源の少なくとも一方からの各信号成分に係るドップラー周波数を計算し、
   前記アンテナ装置及び前記無線信号源の間の予め決められた距離に一致する伝搬経路長を有し、かつ、前記ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出し、
   前記抽出された信号成分に基づいて前記信号処理回路の較正係数を計算する、
   較正装置。
2. 前記アンテナ装置は、無線信号を放射する送信アンテナを含み、
   前記無線信号源は、前記送信アンテナから放射された無線信号を反射して前記アンテナ装置に向けて再放射する反射器である、
   請求項１記載の較正装置。
3. 前記無線信号源は、前記無線信号を発生して放射する無線送信機である、
   請求項１記載の較正装置。
4. 前記駆動装置は、前記アンテナ装置を備えた無線端末装置を移動させ、
   前記無線端末装置は、前記受信された無線信号をベースバンド信号に変換する無線周波回路をさらに備え、
   前記較正係数計算器は、前記無線周波回路から出力された前記ベースバンド信号に基づいて、前記信号処理回路の較正係数を計算する、
   請求項１～３のうちの１つに記載の較正装置。
5. 前記較正装置は、前記受信された無線信号をベースバンド信号に変換する無線周波回路をさらに備え、
   前記較正係数計算器は、前記無線周波回路から出力された前記ベースバンド信号に基づいて、前記信号処理回路の較正係数を計算する、
   請求項１～３のうちの１つに記載の較正装置。
6. 可変な指向性を有するアンテナ装置の較正システムであって、
   請求項１～５のうちの１つに記載の較正装置と、
   前記アンテナ装置に向けて無線信号を放射する無線信号源と、
   前記アンテナ装置及び前記無線信号源を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させる駆動装置とを備えた、
   較正システム。
7. 可変な指向性を有するアンテナ装置の較正方法であって、
   駆動装置を用いて、前記アンテナ装置及び無線信号源を予め決められた同じ方向及び同じ速度で移動させるステップと、
   前記アンテナ装置及び前記無線信号源の移動中に前記無線信号源から放射されて前記アンテナ装置によって受信された無線信号に基づいて、前記アンテナ装置の指向特性を設計値に近づけるように、前記アンテナ装置の指向性を変化させかつ較正する信号処理回路の較正係数を計算するステップと、
   前記計算された較正係数を記憶装置に格納するステップとを含み、
   前記アンテナ装置及び前記無線信号源は、予め決められた距離を有して互いに離隔し、
   前記信号処理回路の較正係数を計算するステップは、
   前記受信された無線信号に含まれる各信号成分に係る伝搬経路長を計算するステップと、
   前記受信された無線信号に含まれる少なくとも１つの信号成分であって、前記無線信号源及び干渉信号源の少なくとも一方からの各信号成分に係るドップラー周波数を計算するステップと、
   前記アンテナ装置及び前記無線信号源の間の予め決められた距離に一致する伝搬経路長を有し、かつ、前記ドップラー周波数がゼロである信号成分を抽出するステップと、
   前記抽出された信号成分に基づいて前記信号処理回路の較正係数を計算するステップとを含む、
   較正方法。

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