JPH06308212A - 複数のアンテナを用いた到来電波方位計測方法 - Google Patents

複数のアンテナを用いた到来電波方位計測方法

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JPH06308212A
JPH06308212A JP9401893A JP9401893A JPH06308212A JP H06308212 A JPH06308212 A JP H06308212A JP 9401893 A JP9401893 A JP 9401893A JP 9401893 A JP9401893 A JP 9401893A JP H06308212 A JPH06308212 A JP H06308212A
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JP
Japan
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antennas
radio wave
azimuth
incoming radio
incoming
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Application number
JP9401893A
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English (en)
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Kunio Honma
邦夫 本間
Kazunari Suzuki
一成 鈴木
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Tokimec Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電波の到来時間差を利用して、方位計測精度
を向上させる。 【構成】 四個のアンテナ31〜34を、異なった一定
距離を各一辺の長さとする長方形、または平行四辺形3
5の頂点にそれぞれ配設して、到来電波を受信信号とし
て検出し、到来時間差計測及び方位計算手段40によ
り、前記各受信信号のうち任意の三個のアンテナ31,
32,33からの受信信号を選択するとともに、相隣る
一方の二個のアンテナ31,32間と相隣る他方の二個
のアンテナ32,33間における前記受信信号の到来時
間差をそれぞれ計測し、これらの到来時間差を基に到来
電波方位θ12を計算して、これを表示手段に表示させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のアンテナを用い
た到来電波の方位計測方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の到来電波の方位計測方法
として位相比較形方位計測方法があり、図5にその構成
図を示す。図5において、複数のアンテナ、すなわち第
1,第2,第3及び第4のアンテナ1,2,3及び4が
一直線上に配置され、かつ該第2,第3及び第4のアン
テナ2,3及び4が、第1のアンテナ1からそれぞれR
1 ,R2 及びR3 なる距離にそれぞれある。
【0003】今、図示方向から電波が到来したとき、第
1のアンテナ1の受信電波と第2のアンテナ2の受信電
波の間には、 D1 =R1 cosθ ……………(1) で表されるD1 なる伝搬経路長の差が生じる。従って、
第1のアンテナ1の受信電波と第2のアンテナ2の受信
電波の間には、この経路長差に応じた位相差φ1が生じ
る。この位相差φ1 は、受信電波の波長をλとすると、
(2)式で示される。 φ1 =(D1 /λ)×360°=(R1 cosθ/λ)×360°……(2)
【0004】同様に、第1のアンテナ1の受信電波と第
3のアンテナ3の受信電波の間には、(3)式に示され
る位相差φ2 が生じる。 φ2 =(R2 cosθ/λ)×360°……………(3) そして、第1のアンテナ1の受信電波と第4のアンテナ
4の受信電波の間には、 φ3 =(R3 cosθ/λ)×360°……………(4) という位相差が生じる。
【0005】これらの位相差φ1 ,φ2 ,φ3 を同図の
位相検出器5,6,7でそれぞれ検出し、該位相差
φ1 ,φ2 ,φ3 から、方位計算器8により次の
(5),(6),(7)式を用いて前記到来電波の方位
θを計算する。 θ=cos-1{(λ/360°)・(φ3 −φ2 )/(R3 −R2 )}……… (5) θ=cos-1{(λ/360°)・(φ3 −φ1 )/(R3 −R1 )}……… (6) θ=cos-1{(λ/360°)・(φ2 −φ1 )/(R2 −R1 )}……… (7) ただし、0≦θ≦180°……………(8) これらの(5),(6),(7)式から算出された方位
θを適宜選択し、前記到来電波方位として方位計算器8
から出力し、これを方位表示器9に表示する。
【0006】他方、到来電波の方位計測方法として、従
来から用いられている振幅比較形方位計測方法があり、
図6にその構成図を示す。図6において、ほぼ同一の指
向性パターン10a,11aをそれぞれ有するアンテナ
10,11を、それぞれのアンテナ軸10b,11bが
ある角度δで交差するように配置する。
【0007】今、前記一方のアンテナ11のアンテナ軸
11bから、他方のアンテナ10のアンテナ軸10bに
向って、ある角度(方位角)θで電波が到来したとき、
前記両アンテナ10,11の各振幅検出器12,13で
得られた各受信信号の振幅差は角度θの関数となる。従
って、あらかじめ図7に示すように、角度θに対する両
受信信号の振幅差が、実測などによりわかっていれば、
逆に両受信信号の振幅差から前記角度θ、すなわち受信
電波の到来方位を方位計算器14で計測し、方位表示器
15に表示できる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記位
相比較による従来の技術では、方位計測系のほかに波長
λあるいは周波数(すなわち、周波数f=C/λ、ただ
し、Cは電波の伝搬速度、故にλ=C/f)を計測する
必要があった。また、アンテナ個々の位相誤差を補正す
ることが困難であるために、これに起因する計測誤差は
補正できないという問題点があった。特にこれは、計測
周波数範囲が広くなると著しくなる。ただし、λ/(R
1 ,R2 ,R3 )>1のとき、象限不明(ambiguity)が
生ずる。
【0009】他方、前記振幅比較によるものでは、電波
の適用周波数範囲が広くなるほど、個々のアンテナの指
向性パターンのバラツキを補正することが非常に困難と
なってくるため、これに起因する計測誤差は補正できな
いという問題点があった。
【0010】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解消し、方位計測精度を向上さ
せるとともに、受信信号の前記位相、振幅及び受信電波
の波長に依存しない計測方法として、電波の到来時間差
を利用する複数のアンテナを用いた到来電波方位計測方
法を提案することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、複数のアンテナを用いて到来電波の
方位を計測するに際し、四個のアンテナを、一定距離R
1 ,R2 を各一辺の長さとする正方形を含む長方形、ま
たは平行四辺形の頂点にそれぞれ配設して、各電波検出
器を介して到来電波を受信信号として検出し、到来時間
差計測及び方位計算器により、前記各受信信号のうち任
意の三個のアンテナからの受信信号を選択するととも
に、中間位置のアンテナを共用して、相隣る一方の二個
のアンテナ間と相隣る他方の二個のアンテナ間における
前記受信信号の到来時間差τ1 ,τ 2 をそれぞれ計測
し、前記一方の二個のアンテナ(アンテナ間の距離をR
1 、アンテナ間を結ぶ線を基準線とする)における到来
電波方位θ12を、θ12=cos-1(τ1 ・C/R1 )、
ただしCは電波の伝搬速度、θ12≦±180°、前記他
方の二個のアンテナ(アンテナ間の距離をR2 とする)
における到来電波方位θ23を、θ23=sin-1(τ2
C/R2 )、ただしθ23≦±180°、でそれぞれ計算
し、次いで前記他方の二個のアンテナを結ぶ線が前記基
準線の直角線に対する角度をθd とするとき、該両方位
θ12及びθ23−θd のうち同一値の方位を到来電波方位
として出力し、これを方位表示手段により表示させるこ
とを特徴とする。
【0012】
【作用】以下に本発明の作用を説明する。図1は本発明
における二個のアンテナを用いた到来電波方位計測方法
の説明構成図である。図1において、第1のアンテナ2
1と第2のアンテナ22の間には、両アンテナ21,2
2間の距離をRとすると、ある方位θからの到来電波に
対し、 D=Rcosθ …………(9) なる伝搬経路長の差が生じる。この伝搬経路長の差Dに
より生じる第1のアンテナ21と第2のアンテナ22の
電波の到来時間差は、図2に示すように、各電波検出器
23,24を介して検出された受信信号の立上り部分の
時間の差τであり、Cを電波の伝搬速度(光速に等し
い)とすると、次式のように表わされる。 τ=D/C ……………(10)
【0013】この時間差τを到来時間差計測・方位計算
器25にて計測するとともに、前記電波の到来方位θ
を、 θ=cos-1(τ・C/R) ……………(11) ただし、θ≦±180° により計算し、その方位出力θを方位表示器26に表示
する。
【0014】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。図3は本発明の複数のアン
テナを用いた到来電波方位計測方法の一実施例を示す構
成図である。
【0015】図3において、四個のアンテナ31,3
2,33,34を、一定の距離R1 ,R2 を各一辺とし
て形成された平行四辺形35の各頂点にそれぞれ配設す
る。該各アンテナ31〜34はそれぞれの電波検出器3
6〜39に接続され、到来電波を受信信号として検出
し、到来時間差計測・方位計算器40にて計測、計算
し、到来電波の方位を方位表示器41に表示する。
【0016】前記計測・方位計算器40は、前記各受信
信号のうち任意の三個のアンテナ(本実施例では31,
32,33)からの受信信号を選択し、好ましくは、前
記各受信信号の振幅の大きい順序、又は前記電波の到来
順序すなわち前記受信信号の先着順序にしたがって選択
する。そして図4に示すように、中間位置にあるアンテ
ナ32を共用して、距離R1 を隔てて相隣る一方の二個
のアンテナ31,32間と、距離R2 を隔てて相隣る他
方の二個のアンテナ32,33との間における前記受信
信号の到来時間差τ12,τ23をそれぞれ計測する。前記
一方の二個のアンテナ31,32間を結ぶ線を基準線と
する。
【0017】更に該計測・方位計算器40は、前記電波
の到来方位θを次のように計算し、出力する。今、図3
に示す方向から電波が到来したとすれば、距離R1 を隔
てたアンテナ31,32間の受信信号の到来時間差τ12
は前記(10)式より τ12=D12/C ……………(12) 同様に、距離R2 を隔てたアンテナ32,33間の受信
信号の到来時間差τ23は τ23=D23/C ……………(13) となる。
【0018】従って、(12)式より算出される到来方
位θ12は(11)式と同様に、 θ12=cos-1 (τ12・C/R1 )……………(14) ただし、θ12≦±180° 同じく(13)式より算出されるθ23′は θ23′=cos-1(τ23・C/R2 )……………(15) ただし、θ2 ′≦±180°
【0019】ところで、θ23とθ23′との間には θ23=90°−θ23′……………(16) なる関係が存在する。よって、(15)式は θ23=sin-1(τ23・C/R2 )……………(17) ただし、θ≦±180° となる。前記アンテナ32,33を結ぶ線が、前記基準
線の直角線に対する角度をθd とするとき、この(1
4)式及び(17)式で連続して複数回について求めら
れたθ12,θ23で、θ12とθ23−θd のうち、同一値を
到来方位θとして、前記到来時間差計測・方位計算器4
0から出力すると、方位表示器41は該出力方位θを表
示する。
【0020】本実施例においては、四個のアンテナ3
1,32,33,34を平行四辺形35の各頂点にそれ
ぞれ配設したものを示したが、、該アンテナ31,3
2,33,34を正方形を含む長方形の各頂点にそれぞ
れ配設しても同様である。なお、本発明の技術は前記実
施例における技術に限定されるものではなく、同様な機
能を果す他の態様の手段によってもよく、また本発明の
技術は前記構成の範囲内において種々の変更,付加が可
能である。
【0021】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
到来電波方位計測方法によれば、4個のアンテナを、一
定距離R1 ,R2 を各一辺の長さとする正方形を含む長
方形、または平行四辺形の頂点にそれぞれ配設して、到
来電波を受信信号として検出し、到来時間差計測及び方
位計算手段により、前記各受信信号のうち任意の三個の
アンテナから受信信号を選択するとともに、中間位置の
アンテナを共用して、距離R1 を隔てて相隣る一方の二
個のアンテナ間と、距離R2 を隔てて相隣る他方の二個
のアンテナとの間における前記受信信号の到来時間差を
それぞれ計測し、これらの到来時間差を基に到来電波方
位を計算して、これを表示手段に表示させるので、従来
の受信信号の位相、振幅及び電波波長の計測を全く使用
せず、従来の問題点を克服した計測方法であり、かつ方
位計測精度を向上させることができる。
【0022】また、本発明の到来電波方位計測方法は、
従来からある前記振幅比較形方位計測方法に対して、比
較的簡単に置き換えることができるとともに、方位精度
も向上する。更に、原理的に周波数依存性がないため、
広い周波数帯の電波に適用でき、位相比較形のものに比
べると、装置とした場合、全体を小型化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の到来電波方位計測方法の作用を説明す
るための構成図である。
【図2】図1における二個のアンテナに到来した電波の
受信信号の時間差を示す図である。
【図3】本発明の複数のアンテナを用いた到来電波方位
計測方法の一実施例を示し、四個のアンテナの場合の構
成図である。
【図4】図3における三個のアンテナに到来した電波の
受信信号の時間差を示す図である。
【図5】従来の到来電波の位相比較形方位計測方法を示
す構成図である。
【図6】従来の到来電波の振幅比較形方位計測方法を示
す構成図である。
【図7】図6における到来電波の方位角に対する両受信
信号の振幅差を示す図である。
【符号の説明】
31〜34 アンテナ 35 平行四辺形 36〜39 電波検出器 40 到来時間差計測・方位計算器 41 方位表示器 θ,θ12 電波到来方位

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のアンテナを用いて到来電波の方位
    を計測するに際し、四個のアンテナを、一定距離R1
    2 を各一辺の長さとする正方形を含む長方形、または
    平行四辺形の頂点にそれぞれ配設して、各電波検出器を
    介して到来電波を受信信号として検出し、到来時間差計
    測及び方位計算手段により、前記各受信信号のうち任意
    の三個のアンテナからの受信信号を選択するとともに、
    中間位置のアンテナを共用して、相隣る一方の二個のア
    ンテナ間と相隣る他方の二個のアンテナ間における前記
    受信信号の到来時間差τ1 ,τ2 をそれぞれ計測し、前
    記一方の二個のアンテナ(アンテナ間の距離をR1 、ア
    ンテナ間を結ぶ線を基準線とする)における到来電波方
    位θ12を、 θ12=cos-1(τ1 ・C/R1 )、ただしCは電波の
    伝搬速度、θ12≦±180°、 前記他方の二個のアンテナ(アンテナ間の距離をR2
    する)における到来電波方位θ23を、 θ23=sin-1(τ2 ・C/R2 )、ただしθ23≦±1
    80°、 でそれぞれ計算し、次いで前記他方の二個のアンテナを
    結ぶ線が前記基準線の直角線に対する角度をθd とする
    とき、該両方位θ12及びθ23−θd のうち同一値の方位
    を到来電波方位として出力し、これを方位表示手段によ
    り表示させることを特徴とする複数のアンテナを用いた
    到来電波方位計測方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008249354A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Nec Corp 方位測定装置
JP2011017646A (ja) * 2009-07-09 2011-01-27 Nec Computertechno Ltd アクティブソナー装置、及びアクティブソナー装置を搭載したatm端末装置

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