JPH02216481A - 電波の方向探知方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、産業上の利用分野 本発明は電波の方向探知方法および装置に関する。

ｂ。従来の技術 第３図は、従来技術による４アームデユアルモードスパ
イラルアンテナを用いた電波方向探知装置のブロックダ
イヤグラムである。

４アームスパイラルアンテナＡＮＴ　とモードフォーミ
ング回路ＭＰの組合せにより、ΣモードとΔモードの２
つの電波ビームを同時に励振または受信する。

モードフォーミング回路肝の、ΣモードとΔモードに対
応する信号Σ、Δは増幅回路＾１．Ａ２を経て、ビーム
フォーミング回路ＢＰに送られる。

ビームフォーミング回路ＢＦは、信号Σ、Δに基づいて
、Σ＋Δ、Σ−Δ、Σ＋ｊΔ、Σ−ｊΔに対応する信号
Ｓａ、　ｓｂ、　Ｓｃ＋　Ｓｄを形成する（ｊは虚数単
位）。

信号Ｓａ　、　Ｓｂ、Ｓｃ　、　Ｓｄから、次式で与え
られるＤ（ＡＺ）。

Ｄ（ＥＬ）に対応する信号を、対数増幅回路ＬＡＩ、Ｌ
Ａ２．ＬＡ３゜ＬＡ４と減算回路ＳＢＩ、　ＳＢ２を用
いて求める。

Ｄ（Ａｚ）　、　Ｄ（ＥＬ）がそれぞれ電波の到来方向
のアジマス角Ａ２とエレベーション角ＥＬに対応する。

ビームフォーミング回路ＢＦとしては、ハイブリッド回
路ＨＹＢを第４図に示すように対称的に組合わせた対称
型ビームフォーミング回路ＢＦが用いられる。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 Ｄ（Ａ２）　、　Ｄ（ＥＬ）は、アジマス角Ａ２とエレ
ベーション角ＥＬが小さいときは、はぼＡ、、ＥＬに比
例する。しかしＡ２．ＥＬが大きくなると誤差が非常に
大きくなる。

また広帯域にわたる受信電波の方向を求めようとする場
合広帯域で動作するビームフォーミング回路が必要とな
るがこれを構成するハイブリッド回路に理想特性を得る
ことは難しい。

本発明は、ハイブリッド回路の特性にばらつきあるいは
理想特性からのずれがをっても、正確に電波の方向を探
知することができる方向探知方法および装置を提供する
ことを目的とする。

ｄ３問題点を解決するための手段 上記問題点は、４アームスパイラルアンテナとモードフ
ォーミング回路の組合せによりΣモードとΔモードの２
つの電波ビームを同時に受信し、Σモード信号とΔモー
ド信号から電波の到来方向を探知する電波の方向探知方
法および装置において、Σモードの信号ΣとΔモードの
信号ΔからΣ＋ｊΔ。

Σ−ｊΔ、Σ＋Δ、Σ−Δに対応する出力信号を作るビ
ームフォーミング回路の出力信号をΣ＋ｊΔ。

Σ−ｊΔの振幅比の二乗と、Σ＋Δ、Σ−Δの振幅比の
二乗から、信号Σと信号Δの振幅比Ｖｍ／ＶＡと、信号
Σと信号Δの位相差（φ、−φＡ）求め、振幅比Ｖｌ／
ＶＡと位相差（φ、−φ１）から電波の到来方向（θ８
　ψ）を求めること、および上記方法に基づいて、電波
の方向を探知する装置によって解決された。

ｄ、　作用 ビームフォーミング回路ＢＰの入力信号Σ、Δの振幅と
位相をそれぞれＶＡ＋ＶＩ　；φ、、φ、とし、出力信
号Σ±ｊΔ、Σ−ｊΔをｐ、、ｐ、、出力信号Σ＋Δ、
Σ−ΔをＰ！、Ｐ！とする時、入力信号と出力信号は次
の行列で結ばれる。

ここにおいてＣ，Ｄ、　　Ｅ、　　Ｆ、　Ｗ、　Ｘ、　
Ｙ、　　Ｚ　、φ０゜φＤ、φ【、φＦ、φ−１φ８．
φ９．φ２は、ビームフォーミング回路ＢＦの一種の振
幅特性定数および位相特性定数で、予め測定される量で
ある。

出力信号Ｐｉ、Ｐ４．ｈ、Ｐ’＋に対応する出力電力（
実際は検波電圧）は、それぞれの信号の絶対値の二乗Ｉ
ＰＩＩ”Ｐａ　ｌ　”、ｌ　ｈ　ｔ−Ｉ　Ｐ＋　Ｉ　”
に比例する。例えばｉｐ＋は次式で与えられる。

Ｐ、　１”＝（Ｖ、Ｃｃｏｓ（φ、＋φｃ）　＋　ＶＢ
Ｄｃｏｓ　（φ、＋φ、））’＋　　（Ｖ、Ｃｓ１ｎ（
φえ＋φｃ）＋Ｖ１．Ｄｓｉｎ（φ１＋φｏ））２ここ
でＣ，Ｄ、　Ｅ、　　Ｆ、　Ｗ、　Ｘ、　Ｙ、　　ｚ；
φＣ５φＤ。

φＥ、φｒ、φ−１φ×、φＶ、φ２が既知であると、
ｌＰ４／ｐｔ１”とＩ　ｐｓ／ｐｔ　ｌ　”からＶｌ／
ＶＡ、＄＠　−φＡ　カ定マ：６．　ｔなわちビームフ
ォーミング回路の４出力Ｐ＋、Ｐａ、Ｐｚ、Ｐａから、
Σ信号、Δ信号の振幅比Ｖ＊／ＶＡと位相差（φ。

−Φ）を求めることができる。

Σモードの放射パターンは、アンテナ中心軸（Ｚ軸）上
にピークを有する広い単峰特性である。θ方向では位相
変化はないが、中心軸回りの角φ方向で位相が変化し、
φの３６０°の変化に対して位相もリニアに３６０゛変
化する。

他方、Δモードの放射パターンは、中心軸上に０点を有
する双峰特性である。その位相はφ方向の３６０゜に対
してその２倍の７２０°変化する。

したがってΣモードの信号とΔモードの信号の振幅比Ｖ
ａ／ν４と、位相差（φヨーφ、）から、電波の到来方
向を探知することができる。電波の到来方向（θ、φ）
と（ｖｓ／ｖａ、φ冨−φＡ）は１対ｌに対応するので
、例えば記憶手段に（θ、ψ）と（Ｖｌｌ／ＶＡ、φ、
−φＡ）の対応関係を予め記憶させておくことにより、
Ｖ＠／ＶＡと（φ、−φ、）から電波の到来方向を探知
することができる。

ｆ、　実施例 第１図は本発明に係る電波の方向探知方法を実施するた
めの電波の方向探知装置の好ましい実施例のブロックダ
イヤグラムである。

４アームスパイラルアンテナＡＮＴで受信された信号に
基づき、モードフォーミング回路計においてΣ信号とΔ
信号が形成される。

Σ信号とΔ信号はそれぞれ増幅回路＾１．Ａ８において
増幅あるいは位相補償等の信号処理を受けた後、ビーム
フォーミング回路ＢＰおよび必要に応じて周波数検出手
段ＦＤに送られる。

ビームフォーミング回路ＢＦの入力信号値と出力信号値
を結ぶ行列の定数Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｗ、Ｘ、Ｙ。

２；φ３．φ。、φｌ、φＦ、φお、φ、、φＶ、φ２
は予め測定された定数である。

計算回路ＣＡＬにおいて、上記定数Ｃ，Ｄ、・−一−−
−−・：φ０．φ。、−・・−および信号Σ＋ｊΔ、Σ
−ｊΔの振幅比の二乗Ｉ　Ｐ４／ＰＩ　ｌ　”と信号Σ
＋Δ、Σ−Δの振幅比の二乗１　ｐｓ／ｐｇ　Ｉ　”か
ら、Σ信号とΔ信号の振幅比Ｖｓ／Ｖａおよび位相差（
φｌ−φ、）が計算される。

この際必要に応じて周波数検出手段ＦＤで検出された周
波数ｆをパラメータとして計算される。

信号処理回路ＥＸＥは、例えば記憶回路からなり、（！
／ｓ／Ｖａ、φ、−φ、）と、到来電波の実測された来
月（θ、ψ）を１対１に対応させた表が記憶されている
。例えば、（ｖｍ／ｖａ、φ、−φＡ）をデジタル信号
に変換した値をアドレス信号とし、（θ、ψ）をメモリ
ー値としておくことにより、電波の方向を求めることが
できる。

広帯域動作の場合Σ信号の一部から周波数検出手段を通
して受信周波数を求め、これをデジタル変換した値をア
ドレス信号として各周波数に対応した正しい方位をメモ
リーから出力することも出来る。

信号処理回路ｔ！ＸＥは、記憶回路を用いる回路に限ら
れない。４アームスパイラルアンテナのΣモードとΔモ
ードの放射特性は既知であり、電波の到来方向（θ、ψ
）と振幅比Ｖｍ／Ｖａおよび位相差（φ、−φＡ）は関
数関係にあるので、アジマス角θとエレベーシヨン角ψ
を、計算式によって求めることができる。

ｇ０発明の効果 従来のビームフォーミング回路においては、対数増幅回
路と減算回路を用いて出力信号の比を計算していたので
、誤差を少くするために第４図に示すようにハイブリッ
ド回路ＨＹＢを対称的に配置する必要があった。しか゛
し本発明に係るビームフォーミング回路においては、構
成コンポーネントの特性が理想特性から少々外れていて
も、それらは定数Ｃ，Ｄ。

Ｅ、　−一−−−・−；φ６．φ。、−・・−・の中に
繰込むことができるので、正確にΣ信号とΔ信号の振幅
比および位相差を得ることができる。

この結果、従来あまり使用されていない非対称的構成（
マトリクス型）のビームフォーミング回路をも使用する
ことができる。第２図はマトリクス型ビームフォーミン
グ回路のブロックダイヤグラムである。マトリクス型ビ
ームフォーミング回路は、高価なハイブリッド回路コン
ポーネントＩＹＢの使用点数が少ないという利点を有す
る。なお本発明に係る電波の方向探知装置においても従
来の対称型ビームフォーミング回路を用いることが可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電波の方向探知装置の好ましい実
施例のブロックダイヤグラム、第２図はマトリクス型ビ
ームフォーミング回路のブロックダイヤグラム、第３図
は従来技術による電波の方向探知装置の一例のブロック
ダイヤグラム、第４図は対称型ビームフォーミング回路
のブロックダイヤグラムである。 ＡＮＴ・・・４アームスパイラルアンテナ、ＭＰ・・・
モードフォーミング回路、 ＡＩ＋＾２・・・増幅回路、 ＢＰ・・・ビームフォーミング回路、 ＣＡＬ・・・計算回路、 ＥＸＥ・・・信号処理回路、 Ｆト・・周波数検出手段、 ＨＹ＆・・・ハイブリッド回路、 ＩＭＰ・・・瞬時周波数弁別回路。 第１ 第２

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）４アームスパイラルアンテナとモードフォーミン
   グ回路の組合せによりΣモードとΔモードの２つの電波
   ビームを同時に受信し、Σモード信号とΔモード信号か
   ら電波の到来方向を探知する電波の方向探知方法におい
   て、 Σモードの信号ΣとΔモードの信号ΔからΣ＋ｊΔ、Σ
   −ｊΔ、Σ＋Δ、Σ−Δに対応する出力信号を作るビー
   ムフォーミング回路の一方の入力端子にのみ信号を加え
   た時の各出力端子の出力信号に関して入力信号と出力信
   号の振幅比Ｃ、Ｄ、Ｅ、−−−−−−−および位相差φ
   ＿Ｃ、φ＿Ｄ、φ＿Ｅ、−−−−−−を各入力端子につ
   いて予め測定し、モードフォーミング回路の出力信号Σ
   ＋ｊΔ、Σ−ｊΔの振幅比の二乗と、出力信号Σ＋Δ、
   Σ−Δの振幅比の二乗と、上記振幅比Ｃ、Ｄ、Ｅ、−−
   −−−−および位相差φ＿Ｃ、φ＿Ｄ、φ＿Ｅ、−−−
   −−−からΣ信号とΔ信号の振幅比および位相差を求め
   、Σ信号とΔ信号の振幅比および位相差から電波の到来
   方向を求めることを特徴とする電波の方向探知方法。
2. （２）４アームスパイラルアンテナとモードフォーミン
   グ回路の組合せによりΣモードとΔモードの２つの電波
   ビームを同時に受信し、Σモード信号とΔモード信号か
   ら電波の到来方向を探知する電波の方向探知装置におい
   て、 Σモードの信号ΣとΔモードの信号ΔからΣ＋ｊΔ、Σ
   −ｊΔ、Σ＋Δ、Σ−Δに対応する出力信号を作るビー
   ムフォーミング回路と、 ビームフォーミング回路の２入力端子の一方の入力端子
   にのみ入力信号を加えた時の各出力端子の出力信号につ
   いての入力信号と出力信号の振幅比および位相差につい
   て予じめ測定された値と、ビームフォーミング回路の出
   力信号Σ＋ｊΔ、Σ−ｊΔの振幅比の二乗から、Σ信号
   とΔ信号の振幅比と位相差を求める計算回路と、 Σ信号とΔ信号の振幅比と位相差から電波の到来方向を
   求める信号処理回路を備えることを特徴とする、電波の
   方向探知装置。
3. （３）上記信号処理回路が、Σ信号とΔ信号の振幅比と
   位相差の組と、電波の到来方向（θ、φ）の組を対応さ
   せる記憶手段を備えることを特徴とする特許請求の範囲
   第（２）項記載の電波の方向探知装置。