JPH062152Y2 - Ｐｌｌ方式方向探知機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は多数の同一特性の無指向性アンテナを円周上に
等角度に配置し、順次に切換走査を行なって受信機に接
続し、それによって得られた信号から電波の到来方向を
測定するアンテナ切換方式の方向探知機に関する。

〔従来の技術〕

電波の到来方向に対し各アンテナの相対的位置が異なる
ため、アンテナの受信電波間に位相差がある。そこで、
アンテナ切換により、受信信号に階段的な位相変化が生
ずる。この位相変化の基本波とアンテナ切換信号との位
相差を比較することで方向探知ができる。位相差を検出
する手段として位相同期ループ（以下ではＰＬＬと称
す）方式がある。

従来のＰＬＬ方式について第１図を参照して説明する。
第１図の逆廻り防止回路１１を除き、ＰＬＬ４の出力を
鎖線ｚのように結んだものが逆廻り防止機能を設けてい
ない通常のＰＬＬ方式のブロック図である。アンテナ群
１はアンテナＡ₁，…，Ａ_nからなり、たとえば第２図の
ように円周上に、その中心に対して各アンテナが等角度
間隔で配設されている。基準信号発生器６は機器内の各
部の動作基準となるクロックパルスを発生し、これを分
周して、各目的の周期（周波数）のパルスを発生する。
切換信号発生器５は基準信号発生器６より源パルス信号
ｉを受けて、これと同期するアンテナ群１のアンテナ数
と同数のパルス列の信号よりなる切換信号ｕを発生す
る。アンテナ切換器２は切換信号ｕをうけて、アンテナ
群１の走査を行なう。受信機３は各アンテナＡ₁〜Ａ_nの
受信電波を逐次受信信号ｖとして受信し、第３図(a)に
示す中間周波数信号（以下ＩＦ信号という）ａを出力す
る。ｔ₁，ｔ₂…はアンテナ切換時刻である。このＩＦ信
号ａの位相は第３図(b)の実線に示すように、ｔ₁，
ｔ₂，…で階段的に変化する正弦波的波形になる。すな
わち、第２図に示すように、電波到来方向に対して隣接
する各アンテナの距離ｐ_n，Ｐ_n-1…に相当し、各アンテ
ナが検出する受信電波に位相差があり、ＩＦ信号ａの位
相がｔ₁，ｔ₂，…で階段的に変化し、かつ切換信号の周
期（たとえば１００Hz前後）と同一周期を有する周期的
関数になる。ＩＦ信号ａは位相比較回路４１，電圧制御
発振器４２，低域濾波器４３とからなるＰＬＬ４に導か
れる。電圧制御発振器４２の出力信号の位相は入力信号
であるＩＦ信号ａの位相に追随する。しかしＩＦ信号ａ
の位相が段階的に変化する個所では、直ちに追随できな
いため、過渡的に第３図(b)で点線で示したような追尾
になる。そのため位相比較回路４１の出力ｗは、低域濾
波器４３を介して、第３図(c)に示す波形のパルス波の
位相検出出力（以下ＰＤ出力という）ｃを生ずる。この
出力の大きさは第３図(b)の位相の段階的変化量に比例
し、その変化の基本波成分（鎖線で示す）ｒは同図(b)
の基本波成分を微分した波形となり、電波の到来方向を
表示するための方位信号Ｒとして利用される。切換信号
ｕと同一の周期をもち、位相の基準を方位測定の基準方
向にあたるアンテナの切換時点とする基準周波数信号と
方位信号Ｒとの位相差から電波の到来方向を知ることが
できる。

上記の方式のものでは、位相の階段的変化が大きい場合
に方向探知に大きい誤差が生ずることがある。これは、
アンテナが一定間隔のままで、受信周波数が高くなって
くると、第２図に示すように隣接するアンテナの電波到
来方向の間隔がλ／２（λ：電波の波長）より大きくな
り、受信電波の位相差が１８０°より大となる。ところ
で、位相比較回路４１は−１８０°から＋１８０°まで
の位相に対しては正しい判別にもとづく指示を与える
が、それを超える位相に対しては、位相の向きが逆転し
た逆廻り判別による指示を与える。位相比較回路４１の
位相特性として正弦波、三角波、のこぎり波等とさまざ
まのものがあるが、この逆廻り判別をすることについて
は、いずれも同じである。第４図は位相比較回路４１が
三角波特性の場合と出力特性である。＋１８０°以上の
Ｄ点（たとえば２１０°）に相当する位相差の入力が加
わったときには、逆廻りの位相角（２１０°−３６０°
＝−１５０°）の変化があったものと判断して出力す
る。そのため、階段的位相変化の過渡状態では、ＯＡＤ
ＡＯという経路をとらず、ＯＣＤ′ＣＯと言う経路をと
る。そのため正方向の位相変化で、＋１８０°の直前ま
では正のパルスを出力するが、＋１８０°以上になると
逆方向の位相変化と判別してしまい、負のパルスを出力
する。また−１８０°を超したときも同様に逆廻り判別
をおこす。第３図(c′）はこの逆廻り判別によりパルス
Ｂ₁およびＢ₂で極性の逆転がおきた例を示す。第３図
(c)と(c′）とを比較すると、方位信号Ｒとなるべき基
本波成分ｒとｒ′との位相が全く異なってしまい、大き
い方位誤差を生ずる。

上記の欠点を除くためには、アンテナの数を多くし、ア
ンテナ間隔を小さくしてλ／２以下になるようにすれば
よいが、これは機械的設計、コストの点で限度があり３
０本程度までである。一方、方向探知する電波の周波数
範囲は１００ｋHz〜５０ＭHzとかなり広い範囲にわたる
ので、必然的に±１８０°を超す場合が生ずる。

このため、こうした逆廻りを防止する手段として、多数
の無指向性アンテナを円周上に配置し、これらのアンテ
ナを順次に切換走査して得られた受信信号の位相変化成
分をＶＣＯ（電圧制御発振器）とＰＤ（位相比較回路）
とよりなるＰＬＬ（位相同期回路）により抽出し、この
抽出した位相変化成分により、電波の到来方向を測定す
るための方向測定信号を得るようにし、その際に、前記
切換走査の各切換ごとに得られる前記ＶＣＯの制御パル
スをパルスごとに積分し、この積分によって得られた電
圧を次順のパルスに重畳せしめることにより、前記ＰＬ
Ｌの逆廻り動作による方向探知誤差の発生を防止する方
法が特公昭５８−５２１８７号公報により開示してあ
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記の方法を用いる方向探知機において、逆廻り防止機
能部分を安定に動作させるようにした具体的な装置を簡
便な構成で提供することが期待されている。

〔課題を解決するための手段〕

本考案のＰＬＬ方式方向探知機は、 受信信号の位相と電圧制御発振器から出力される信号の
位相とを比較することにより前記切換走査の各切換時点
において制御パルスを発生する位相比較回路と、 この位相比較回路から出力される制御パルスにこの制御
パルスの出現時点に同期して開かれるゲート回路からの
パルス出力を加算して加算制御パルスを作成し、前記電
圧制御発振器に供給する加算回路と、 前記加算回路から出力される前記加算制御パルスを積分
する積分回路と、 この積分回路に出力を所定のタイミングでサンプルしホ
ールドするサンプルホールド回路と、 このサンプルホールド回路の出力を1/3乃至1/2に減衰さ
せて前記ゲート回路に供給する減衰回路とを備えること
により、動作の安定化と制御精度の向上とを図ってい
る。

〔実施例〕

以下、図面により実施例を説明する。第１図において、
本考案では、ＰＬＬ４の出力回路の鎖線ｚを除去して、
その代わりに逆廻り防止回路１１が付加される。タイミ
ングパルス発生器１０は、たとえばカウンタで、基準信
号発生器６の源パルス信号ｊをうけて、これと同期する
４つのゲートパルスＧ₁〜Ｇ₄を発生する。加算回路７は
たとえば演算増幅器、積分回路８はたとえばＣＲ時定数
回路を組合わせた演算増幅器、ホールド回路９はたとえ
ばコンデンサを組合わせた演算増幅器であり、スイッチ
Ｓ₁〜Ｓ₄はそれぞれゲートパルスＧ₁〜Ｇ₄で制御される
アナログスイッチである。スイッチＳ₄と積分回路８と
はＰＬＬ４の低域濾波器４３の出力を抽出して積分する
機能を、スイッチＳ₂とホールド回路９とは前記積分値
をサンプルホールドする機能を有する。スイッチＳ₃は
階段的位相変化の各変化時点において、前記のサンプル
ホールドされた電圧を、次順のＰＤ出力パルスの発生時
の直前に、加算回路７を介して電圧制御発振器４２に印
加する。これによって、電圧制御発振器４２の発振位相
を進ませ、または遅らせ、次の階段的位相変化の変化量
を事前に減少させることにより、位相差が±１８０°を
超さないように抑制する。

前記逆廻り防止回路１１の動作について説明する。先ず
スイッチＳ₁〜Ｓ₄を制御するゲートパルスＧ₁〜Ｇ₄と、
回路各部の信号との時間的関係を第５図に示す。第５図
(c)は低域濾波器４３の出力信号、つまりＰＤ出力ｃ
を、同図(d)は積分回路８の積分出力ｄを、同図(e)はホ
ールド回路９のホールド電圧ｅをそれぞれ示す。また第
３図(d)〜(g)および(c″）に各信号の一周期分の変化を
示す。いま、アンテナの切換走査によって、受信信号ｖ
に位相の階段的変化が生じ、位相比較回路４１を経て、
低域濾波器４３からちＰＤ出力ｃのパルスｃ₁が出力さ
れたとする。このときゲートパルスＧ₄によりスイッチ
Ｓ₄がオンとなり、このパルスｃ₁を積分回路８に導き、
積分を行なう。積分出力ｄがほぼ飽和状態に達した時点
に位置づけたゲートパルスＧ₂によりスイッチＳ₂をオン
とし、積分出力ｄをサンプルし、ホールド回路９でその
値を保持するようにサンプルホールドする。次にゲート
パルスＧ₁によってスイッチＳ₁をオンにして積分回路８
に蓄積された電荷を放電して積分出力ｄを零にしてお
く。そして、ＰＤ出力ｃ₁の次のパルスｃ₂が出力される
直前の時点に位置づけたゲートパルスＧ₃によってスイ
ッチＳ₃をオンにして、ホールド回路９のホールド電圧
ｅをパルス状にして取りだし、ホールド電圧パルス信号
ｆとし、これを加算回路７を介して電圧制御発振器４２
に制御信号ｇとして印加し、発振出力ｈの位相を進めま
たは遅らせるように制御する。この制御は、ホールド回
路９の出力側に設けた可変分圧回路ＶＲによって、ＰＤ
出力ｃによる制御信号の1/3〜1/2の電圧が与えられるよ
うに調整する。したがって、発振出力ｈは、ＰＤ出力ｃ
のパルスｃ₂がくる直前に、逆廻り防止回路１１の動作
によってパルスｃ₁による位相変移量の1/3〜1/2を変移
させられているので、階段的位相変化の変化量に対し
て、この変移分だけ事前にさしひかれたことになる。こ
のため±１８０°の範囲を超す変化量があった場合で
も、これを±１８０°範囲内に抑制したと同様の効果が
えられ、ＰＤ出力ｃは第３図(c″）で示すような出力に
なり、所期の目的が達せられることになる。

この作用を第４図の位相比較回路４１の動作特性で説明
する。ここで、位相の変化量が±１８０°以上になる場
合を考えると、ホールド電圧パルス信号ｆによって、あ
らかじめ事前に位相を進めておくことは、次のＰＤ出力
ｃのパルスがくるまでにＥの分だけ位相を変位させてお
いたとみなすことができ、したがって±１８０°を超す
変化量があっても、Ｅの分だけさしひかれたことにな
り、図のように＋１８０°以内のＤ″点に位相変化があ
ったことになるので、位相比較回路４１が逆廻り判別を
示すことがない。ホールド回路９の出力側に表われる全
電圧をホールド電圧パルス信号ｆとすると、さしひかれ
るＥが大きくなり、次順のパルスによるＰＤ出力ｃの大
きさが小さくなりすぎる欠点があるので、前述のように
分圧している。なお、ＰＤ出力ｃの各パルスが方位成分
にしたがって正規にその極性が反転している個所、たと
えば第３図(c)のＢ₁₁，Ｂ₁₂の位置では、その前のパル
スによる抑制が逆方向に作用するので、かえって位相変
化量が増えたようになる。しかし、分圧によりこの抑制
は1/2〜1/3に減少されていることと、方位成分の性質
上、この位置での階段的変化は最小部分にあたることか
ら、方位信号Ｒとなる基本成分ｒにはほとんど影響を及
ぼさない。

また、方位信号Ｒをつくるための信号源は、ＰＤ出力ｃ
のみに限らず、積分出力ｄ，ホールド電圧ｅ，ホールド
電圧パルス信号ｆなどからＲ′，Ｒ″，Ｒなどのように
得てもよいことは第３図の各波形より容易に理解でき
る。加算回路７は、前記のような動作をするから、バッ
ファ回路的な役割をしている。スイッチＳ₁の作用に
は、積分回路８のリセットを行なうもので、第３図のＰ
Ｄ出力ｃの各パルス間の干渉がないように、前のパルス
の積分電圧を除去し、各個のパルスごとに積分するため
である。

また、スイッチＳ₄によりＰＤ出力ｃの位相変化部分の
みを取りだしているから、位相変化のない部分にある雑
音信号が除去できるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。

〔考案の効果〕

本考案によれば、ＰＤ出力ｃによる制御信号の1/3〜1/2
の電圧が与えられるように分圧回路により調整してい
る。したがって、逆廻り防止回路１１はパルスｃ₁によ
る位相変移量の1/3〜1/2を変移させられているので、次
のアンテナ切換による階段的位相変化の変化量に対し
て、この変移分だけ事前にさしひかれたことになる。こ
のため±１８０°の範囲を超す変化量があった場合で
も、これを１８０°範囲内に抑制したと同様の効果がえ
られ、ＰＤ出力ｃは第３図(c″）に示すような出力にな
り、所期の目的が達せられる。このとき分圧回路の調整
により、次順のパルスｃ₂の位相変移量はそれ程減少し
ないし、また極性が反転する個所における逆方向の位相
変化量の増大を少なくする効果がある。このように、Ｐ
ＬＬ方式の方向探知機の逆廻り防止回路にサンプルホー
ルド回路と分圧回路とによる回路を付加するだけの簡便
安価な構成で、動作が確実な方向探知機を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すブロック図、第２図は
アンテナ群の配置平面図、第３図および第５図は各部の
信号波形図、第４図は位相比較回路の動作特性図であ
る。 １‥‥アンテナ群、２‥‥アンテナ切換器、 ３‥‥受信機、４‥‥ＰＬＬ、 ４１‥‥位相比較回路、４２‥‥電圧制御発振器、 ４３‥‥低域濾波器、５‥‥切換信号発生器、 ６‥‥基準信号発生器、７‥‥加算回路、 ８‥‥積分回路、９‥‥ホールド回路、 １０‥‥タイミングパルス発生器、 １１‥‥逆廻り防止回路、 Ｓ₁〜Ｓ₄‥‥スイッチ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の無指向性アンテナを円周上に配置
   し、これらを順次に切換走査して得られる受信信号の位
   相変化成分を、電圧制御発振器を含むＰＬＬ（位相同期
   回路）により抽出し、この抽出した位相変化成分から電
   波の到来方向を測定するための方向測定信号を得るＰＬ
   Ｌ方向探知機において、 前記受信信号の位相と前記電圧制御発振器から出力され
   る信号の位相とを比較することにより前記切換走査の各
   切換時点において制御パルスを発生する位相比較回路
   と、 この位相比較回路から出力される制御パルスにこの制御
   パルスの出現時点に同期して開かれるゲート回路からの
   出力を加算して加算制御パルスを作成し、前記電圧制御
   発振器に供給する加算回路と、 前記加算回路から出力される前記加算制御パルスを積分
   する積分回路と、 この積分回路の出力を所定のタイミングでサンプルして
   ホールドするサンプルホールド回路と、 このサンプルホールド回路の出力を1/3乃至1/2に減衰さ
   せて前記ゲート回路に供給する減衰回路とを備えたこと
   を特徴とするＰＬＬ方式方向探知機。