JPH09261008A - Filter coefficient arithmetic unit of fir type digital filter for digital beam forming device, fir type digital filter for digital beam forming device and digital beam forming device - Google Patents

Filter coefficient arithmetic unit of fir type digital filter for digital beam forming device, fir type digital filter for digital beam forming device and digital beam forming device

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JPH09261008A
JPH09261008A JP8088534A JP8853496A JPH09261008A JP H09261008 A JPH09261008 A JP H09261008A JP 8088534 A JP8088534 A JP 8088534A JP 8853496 A JP8853496 A JP 8853496A JP H09261008 A JPH09261008 A JP H09261008A
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fir
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高志 関口
Kuruushie Jiedei Abudeseramu
アブデセラム・クルーシェ・ジェディ
Tatsu Miura
龍 三浦
Yoshio Karasawa
好男 唐沢
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a filter coefficient arithmetic unit of an FIR-type digital filter for a digital beam forming device which can be applied to information transmission using a carrier wave being a radio wave by providing a coefficient arithmetic means calculating the filter coefficient of plural FIR-type digital filters. SOLUTION: DBF circuit 6 of this digital beam forming device is provided with the FIR-type digital filters 9-1 to 9-N filtering and outputting an inputted digital common-mode and orthogonal signal XK (m) based on a load coefficient calculated by an FIR-type digital filter coefficient arithmetic unit 13 and provided with an adder 10. As the DBF circuit 6 and the arithmetic unit 13 are provided, a wide-band beam is formed in the incoming direction of a desired signal being a radio wave and the desired wide-band signal corresponding to the wide-band beam is received to output a desired output signal Z (m) being a base band signal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、到来する伝搬波信
号のうち、所望信号の方向にビームを形成して受信し、
干渉信号の到来方向にはヌルを向けて抑圧するディジタ
ルビーム形成装置と、当該ディジタルビーム形成装置の
ためのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数演算
装置及びFIR型ディジタルフィルタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a beam in the direction of a desired signal among incoming propagating wave signals and receiving the signal.
The present invention relates to a digital beam forming apparatus that suppresses nulls in the arrival direction of an interference signal, a filter coefficient calculation device of an FIR digital filter for the digital beam forming apparatus, and an FIR digital filter.

【0002】[0002]

【従来の技術】ビーム形成技術は従来からレーダーやソ
ナーで用いられている重要な信号処理技術である。しか
し、レーダーやソナーでは、一般に比帯域幅の狭い狭帯
域信号が使用されることが多い。音響信号のように、比
帯域幅が無限大のベースバンドの伝搬波を対象とする広
帯域のビームを形成する従来の方法としては、従来技術
文献1「西川他、“ファンフィルタを用いた広帯域ビー
ム形成”,電子情報通信学会技術研究報告CAS89−
85,pp.95−100,1989年」に開示された方
法がある。この従来の広帯域ビームの形成方法は、地下
資源の探査における地震波データ処理で用いられている
ファンフィルタ(速度フィルタとも呼ばれる。)を用い
て広帯域のビームを所望の方向に形成するというもので
ある。
2. Description of the Related Art Beam forming technology is an important signal processing technology conventionally used in radar and sonar. However, radar and sonar generally use narrowband signals with a narrow specific bandwidth. As a conventional method for forming a wideband beam for a baseband propagating wave having an infinite specific bandwidth, such as an acoustic signal, a conventional method is disclosed in "Nishikawa et al.," Wideband beam using fan filter. Formation ”, IEICE Technical Report CAS 89-
85, pp. 95-100, 1989 ". This conventional broadband beam forming method forms a broadband beam in a desired direction by using a fan filter (also called a velocity filter) used in seismic wave data processing in exploration of underground resources.

【0003】また、伝搬波信号が電波で、搬送波を用い
る情報伝送において、広帯域信号のビームを形成する装
置としては、以下に示す装置がある。ここで、本明細書
において、高周波(RF)信号の帯域幅が搬送波周波数に
比べて無視できないような信号を広帯域信号と呼ぶこと
にする。但し、帯域幅は搬送波周波数の1/2より狭い
ものとする。図9は、従来技術文献2「O.L.Fros
t, III,“An algorithm of linearly constrained ad
aptive array processing", Proceedings of the IE
EE,Vol.60, No.8, pp.926−935, 19
72年8月」に開示された適応ビームフォーマを応用し
た、上述の広帯域信号に対する第1の従来例の適応ディ
ジタルビーム形成装置のブロック図である。図9の第1
の従来例の適応ディジタルビーム形成装置は、近似的に
同一の指向特性・周波数特性を持つN個のアンテナ素子
1−1乃至1−Nからなるアレーアンテナ100と、受
信機2−1乃至2−Nと、A/D変換器3−1乃至3−
Nと、ミキサー4−1乃至4−Nと、低域通過ディジタ
ルフィルタ5−1乃至5−Nと、ディジタル局部発振器
60と、有限インパルス応答(以下、FIRという。)
型ディジタルフィルタ9−1乃至9−Nと、第2の係数
制御器11bと、加算器10とからなる。
In the information transmission using a carrier wave as a propagating wave signal, there are the following devices as a device for forming a beam of a wide band signal. Here, in this specification, a signal in which the bandwidth of a high frequency (RF) signal is not negligible as compared with the carrier frequency will be referred to as a wideband signal. However, the bandwidth is narrower than 1/2 of the carrier frequency. FIG. 9 shows a related art document 2 “OL Fros.
t, III, “An algorithm of linearly constrained ad
aptive array processing ", Processedings of the IE
EE, Vol. 60, No. 8, pp. 926-935, 19
It is a block diagram of the adaptive digital beam forming apparatus of the 1st prior art example with respect to the above-mentioned wideband signal which applied the adaptive beam former disclosed by "August 1972". First of FIG. 9
In the conventional adaptive digital beam forming apparatus, the array antenna 100 including N antenna elements 1-1 to 1-N having approximately the same directional characteristics and frequency characteristics, and the receivers 2-1 to 2- N and A / D converters 3-1 to 3-
N, mixers 4-1 to 4-N, low-pass digital filters 5-1 to 5-N, digital local oscillator 60, and finite impulse response (hereinafter referred to as FIR).
Type digital filters 9-1 to 9-N, a second coefficient controller 11b, and an adder 10.

【0004】以下、図9を用いて第1の従来例の適応デ
ィジタルビーム形成装置を説明する。複数N個のアンテ
ナ素子1−kで受信された高周波信号はそれぞれ、受信
機2−kで中間周波信号に変換され、A/D変換器3−
kでそれぞれディジタル中間周波信号に変換される(以
下、中間周波数をfIFという。)。ここで、k=1,
2,…,Nであり、以下、本明細書において特に断らな
い限り同様とする。そしてこれらのディジタル中間周波
信号は、ディジタル局部発振器60で発振した周波数f
IFのディジタル正弦波とミキサー4−kでそれぞれ混合
され、低域通過ディジタルフィルタ5−kにより高周波
成分がカットされて、低域通過ディジタルフィルタ5−
kから複素数であるディジタル同相・直交信号x
k(m)が出力される。ここで、ディジタル同相・直交
信号xk(m)において、実部は同相成分であり、虚部
は直交成分である。また、図面のラインに2と示してい
るのは複素数の記号を示す。
A first conventional adaptive digital beam forming apparatus will be described below with reference to FIG. The high frequency signals received by the plurality of N antenna elements 1-k are converted into intermediate frequency signals by the receiver 2-k, and the A / D converter 3-
Each of them is converted into a digital intermediate frequency signal by k (hereinafter, the intermediate frequency is referred to as f IF ). Where k = 1,
2, ..., N, and the same shall apply hereinafter unless otherwise specified. These digital intermediate frequency signals are the frequency f oscillated by the digital local oscillator 60.
The IF digital sine wave is mixed by the mixer 4-k, and the high-frequency component is cut by the low-pass digital filter 5-k.
Digital in-phase / quadrature signal x that is a complex number from k
k (m) is output. Here, in the digital in-phase / quadrature signal x k (m), the real part is the in-phase component and the imaginary part is the quadrature component. In addition, 2 in the line of the drawing indicates a symbol of a complex number.

【0005】N個のディジタル同相・直交信号x
1(m)、x2(m)、…、xN(m)はそれぞれFIR
型ディジタルフィルタ9−1乃至9−Nに入力される。
FIR型ディジタルフィルタ9−kは、第2の係数制御
器11bから入力される荷重係数wEk,0(m)、wE
k,1(m)、…、wEk,q-1(m)に基づいて、入力され
るディジタル同相・直交信号xk(m)をディジタル的
にろ波して、ろ波後のディジタル同相・直交信号x
k(m)を加算器10に出力する。ここで、第2の係数
制御器11bは、ディジタル同相・直交信号x
1(m)、x2(m)、…、xN(m)に基づいて、適応
ディジタルビーム形成装置の出力zes(m)において、
広帯域の所望信号を抽出して広帯域の干渉信号を抑圧す
るように荷重係数wEk,0(m)、wEk,1(m)、…、
wEk,q-1(m)を演算して、荷重係数wEk,0(m)、
wEk,1(m)、…、wEk,q-1(m)をFIR型ディジ
タルフィルタ9−kに出力する。
N digital in-phase / quadrature signals x
1 (m), x 2 (m), ..., x N (m) are FIR
Type digital filters 9-1 to 9-N.
The FIR digital filter 9-k has weighting factors wE k, 0 (m) and wE input from the second coefficient controller 11 b.
Based on k, 1 (m), ..., wE k, q-1 (m), the input digital in-phase / quadrature signal x k (m) is digitally filtered, and the filtered digital in-phase signal is obtained.・ Quadrature signal x
Output k (m) to the adder 10. Here, the second coefficient controller 11b uses the digital in-phase / quadrature signal x
Based on 1 (m), x 2 (m), ..., X N (m), at the output z es (m) of the adaptive digital beam former,
The weighting factors wE k, 0 (m), wE k, 1 (m), ..., To extract a wideband desired signal and suppress a wideband interference signal.
By calculating wE k, q-1 (m), the weighting factor wE k, 0 (m),
Output wE k, 1 (m), ..., WE k, q-1 (m) to the FIR digital filter 9-k.

【0006】これらの荷重係数wEk,0(m)、wEk,1
(m)、…、wEk,q-1(m)は一般に複素数である。
ここで、qはFIR型ディジタルフィルタ9−kのタッ
プ長であり所定の整数である。荷重係数wE
k,0(m)、wEk,1(m)、…、wEk, q-1(m)の演
算方法は、例えば、参照信号を用いる場合にはLMS
(Least Mean Squares)法、所望信号の入射方向が既知
であれば方向拘束付きLMS法等の公知の方法を用いる
ことができる。ここで、図9の第1の従来例の適応ディ
ジタルビーム形成装置のように、全て同じ指向特性を持
つアンテナ素子1−kからの信号を制御対象とする構成
をエレメントスペース構成という。
These load factors wE k, 0 (m), wE k, 1
(M), ..., wE k, q−1 (m) are generally complex numbers.
Here, q is a tap length of the FIR digital filter 9-k and is a predetermined integer. Weighting factor wE
The calculation method of k, 0 (m), wE k, 1 (m), ..., WE k, q-1 (m) is, for example, LMS when a reference signal is used.
Known methods such as the (Least Mean Squares) method and the LMS method with direction constraint can be used if the incident direction of the desired signal is known. Here, a configuration in which signals from the antenna elements 1-k having the same directional characteristics are controlled as in the first conventional adaptive digital beam forming apparatus of FIG.

【0007】第1の従来例の適応ディジタルビーム形成
装置において、対象とする高周波信号の帯域幅が搬送波
周波数に比べて無視できない広帯域信号を扱う場合、広
帯域のビームやヌルを形成するためには、周波数に依存
しない単なる荷重係数の代わりに、周波数に依存する
「荷重係数」を実現する必要があるので、FIR型ディ
ジタルフィルタを用いている。
In the adaptive digital beam forming apparatus of the first conventional example, when a wideband signal in which the bandwidth of the target high frequency signal is not negligible compared with the carrier frequency is handled, in order to form a wideband beam or null, Since it is necessary to realize a “weighting coefficient” that depends on frequency instead of a simple weighting coefficient that does not depend on frequency, an FIR digital filter is used.

【0008】また、図10は、広帯域信号に対処でき、
演算すべき荷重係数の数も少なくて済む適応ディジタル
ビーム形成装置として、従来技術文献3「J.F.Yan
g他,“Wideband adaptive arrays based on the cohe
rent signal−subspace transformation",IEEE
International Confererence on Acoustics,Speec
h,and Signal Processing,pp.2011−201
4,1987年」に開示された第2の従来例の適応ディ
ジタルビーム形成装置の構成を示すブロック図である。
この第2の従来例の適応ディジタルビーム形成装置は、
受信信号に対してコヒーレント部分空間変換と呼ばれる
非線形な前処理を信号変換器20で行って広帯域信号に
対処するものである。この変換後に、FIR型ディジタ
ルフィルタを用いることなく、1つのパスあたり1つの
荷重係数により適応処理を行っている。
Further, FIG. 10 can deal with a wideband signal,
As an adaptive digital beam forming apparatus that requires only a small number of weighting factors to be calculated, the prior art document 3 “JF Yan” has been proposed.
g et al., “Wideband adaptive arrays based on the cohe
rent signal-subspace transformation ", IEEE
Alternativeal Confererence on Acoustics, Speech
h, and Signal Processing, pp. 2011-201
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a second conventional adaptive digital beam forming apparatus disclosed in "4, 1987".
The adaptive digital beam forming apparatus of the second conventional example is
The signal converter 20 performs a non-linear pre-processing called coherent subspace conversion on the received signal to deal with the wideband signal. After this conversion, the adaptive processing is performed by using one weighting factor for each pass without using the FIR digital filter.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術文献1に開示された従来の広帯域ビームの形成方法
は、電波である搬送波を用いる情報伝送には適用するこ
とができないという問題点があった。また、エレメント
スペース構成の第1の従来例の適応ディジタルビーム形
成装置の場合、FIR型ディジタルフィルタ9−1乃至
9−Nにおいて、演算するべき荷重係数wE
1,0(m)、wE1,1(m)、…、wE1,q-1(m)、w
2,0(m)、…、wEL,q-1(m)の数はq×N個とな
り、FIR型ディジタルフィルタ9−kのタップ長qと
アンテナ素子数Nとが共に多い場合には、制御すべき荷
重係数の数は非常に多くなってしまい、そのために荷重
係数を演算するための信号処理演算量も飛躍的に多くな
ってしまうという問題点があった。また、第2の従来例
の適応ディジタルビーム形成装置では、信号変換器20
におけるコヒーレント部分空間変換が信号の入射方向に
関する正確な事前知識を必要とするという問題点があっ
た。
However, the conventional wideband beam forming method disclosed in the prior art document 1 has a problem that it cannot be applied to information transmission using a carrier wave which is a radio wave. In the case of the first conventional adaptive digital beam forming apparatus having the element space configuration, the weighting factor wE to be calculated in the FIR digital filters 9-1 to 9-N.
1,0 (m), wE 1,1 (m), ..., wE 1, q-1 (m), w
The number of E 2,0 (m), ..., WEL , q-1 (m) is q × N, and when both the tap length q of the FIR digital filter 9-k and the number N of antenna elements are large. However, there is a problem in that the number of weighting factors to be controlled becomes extremely large, and thus the amount of signal processing calculation for calculating the weighting factor also increases dramatically. Further, in the adaptive digital beam forming apparatus of the second conventional example, the signal converter 20
There is a problem that the coherent subspace conversion in requires a priori knowledge about the incident direction of the signal.

【0010】本発明の第1の目的は、以上の問題点を解
決して、電波である搬送波を用いる情報伝送に適用する
ことができるディジタルビーム形成装置のためのFIR
型ディジタルフィルタのフィルタ係数演算装置を提供す
ることにある。
A first object of the present invention is to solve the above problems and to apply an FIR for a digital beam forming apparatus which can be applied to information transmission using a carrier wave which is a radio wave.
It is to provide a filter coefficient calculation device for a digital filter.

【0011】本発明の第2の目的は、以上の問題点を解
決して、電波である搬送波を用いる情報伝送に適用する
ことができるディジタルビーム形成装置のためのFIR
型ディジタルフィルタを提供することにある。
A second object of the present invention is to solve the above problems and to apply the FIR for a digital beam forming apparatus which can be applied to information transmission using a carrier wave which is a radio wave.
Type digital filter.

【0012】本発明の第3の目的は、以上の問題点を解
決して、広帯域の所望信号に対処でき、荷重係数の演算
時間を少なくでき、しかも所望信号の入射方向に関する
事前知識を必要としないディジタルビーム形成装置を提
供することにある。
A third object of the present invention is to solve the above problems, to deal with a desired signal in a wide band, to reduce the calculation time of the weighting factor, and to require prior knowledge about the incident direction of the desired signal. It is to provide a digital beam forming device that does not.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載のディジタルビーム形成装置のためのFIR型ディジ
タルフィルタのフィルタ係数演算装置は、複数のアンテ
ナ素子が1直線上に所定の素子間隔で並置されたリニア
アレーアンテナを用いて、上記複数のアンテナ素子に対
応してそれぞれ設けられ、所望の入射角の方向でビーム
を形成するディジタルビーム形成装置のための複数のF
IR型ディジタルフィルタのフィルタ係数演算装置であ
って、上記ディジタルビーム形成装置のサンプリング周
波数で正規化された正規化時間周波数F1の第1の軸
と、上記素子間隔の逆数で正規化された正規化空間周波
数F2の第2の軸とで形成された2次元周波数平面にお
いて、第2の軸上で中心を有し、所定の幅を有して負の
正規化時間周波数から正の正規化時間周波数に延在する
所望通過領域で振幅を有する上記複数のFIR型ディジ
タルフィルタのフィルタ係数を演算する係数演算手段を
備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a filter coefficient calculation device for a FIR digital filter for a digital beam forming device according to the present invention, wherein a plurality of antenna elements are arranged on a straight line at predetermined element intervals. A plurality of Fs for a digital beam forming apparatus, which are provided corresponding to the plurality of antenna elements, are formed by using linear array antennas arranged in parallel and form a beam in a direction of a desired incident angle.
A filter coefficient calculation device for an IR digital filter, comprising: a first axis of a normalized time frequency F 1 normalized by the sampling frequency of the digital beam forming device; and a normalization normalized by the reciprocal of the element spacing. In the two-dimensional frequency plane formed by the second axis of the normalized spatial frequency F 2 and having a center on the second axis and having a predetermined width, from the negative normalized time frequency to the positive normalized It is characterized by further comprising coefficient calculating means for calculating filter coefficients of the plurality of FIR type digital filters having an amplitude in a desired pass region extending in time frequency.

【0014】また、請求項2記載のディジタルビーム形
成装置のためのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ
係数演算装置は、請求項1記載のFIR型ディジタルフ
ィルタのフィルタ係数演算装置において、上記係数演算
手段は、所定の1次元FIR型ディジタルフィルタの周
波数応答を所定の変数変換することにより、上記所望通
過領域に対応しかつ、上記正規化時間周波数F1と上記
正規化空間周波数F2とに関する周波数応答を演算し、
演算された周波数応答を逆フーリエ変換することにより
インパルス応答を演算し、演算されたインパルス応答に
基づいて上記所望通過領域で振幅を有する上記複数のF
IR型ディジタルフィルタのフィルタ係数を演算するこ
とを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a filter coefficient calculation device for a FIR digital filter for a digital beam forming apparatus, wherein the coefficient calculation means is the filter coefficient calculation device for a FIR digital filter according to the first aspect. By converting the frequency response of a predetermined one-dimensional FIR digital filter into a predetermined variable, the frequency response corresponding to the desired pass region and related to the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 is calculated. Then
An impulse response is calculated by performing an inverse Fourier transform on the calculated frequency response, and based on the calculated impulse response, the plurality of Fs having an amplitude in the desired pass region are calculated.
A feature is that the filter coefficient of the IR type digital filter is calculated.

【0015】さらに、請求項3記載のディジタルビーム
形成装置のためのFIR型ディジタルフィルタのフィル
タ係数演算装置は、請求項1又は2記載のFIR型ディ
ジタルフィルタのフィルタ係数演算装置において、上記
係数演算手段は、上記2次元周波数平面において、上記
所望通過領域で所定の振幅を有し、かつ上記第2の軸上
で中心を有し所定の幅を有して負の正規化時間周波数か
ら正の正規化時間周波数に延在するサイドローブレベル
を下げるべき領域で所定の減衰量を有する上記複数のF
IR型ディジタルフィルタのフィルタ係数を演算するこ
とを特徴とする。
Further, the filter coefficient calculation device of the FIR type digital filter for the digital beam forming apparatus according to claim 3 is the filter coefficient calculation device of the FIR type digital filter according to claim 1 or 2, wherein the coefficient calculation means is used. Has a predetermined amplitude in the desired pass region, has a center on the second axis, and has a predetermined width in the two-dimensional frequency plane, and has a positive normality from a negative normalized time frequency. Of the plurality of F's having a predetermined amount of attenuation in the region where the sidelobe level extending to the signalization time frequency should be lowered.
A feature is that the filter coefficient of the IR type digital filter is calculated.

【0016】また、請求項4記載のディジタルビーム形
成装置のためのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ
係数演算装置は、請求項2記載のFIR型ディジタルフ
ィルタのフィルタ係数演算装置において、上記係数演算
手段は、上記1次元FIR型ディジタルフィルタの通過
領域を上記2次元周波数平面上で回転させて、当該回転
させた通過領域を上記2次元周波数平面上で平行移動さ
せることにより変数変換して、上記所望通過領域に対応
する、上記正規化時間周波数F1と上記正規化空間周波
数F2とに関する周波数応答を演算し、演算された周波
数応答を逆フーリエ変換することによりインパルス応答
を演算し、演算されたインパルス応答に基づいて上記所
望通過領域で振幅を有する上記複数のFIR型ディジタ
ルフィルタのフィルタ係数を演算することを特徴とす
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a filter coefficient calculation device for a FIR digital filter for a digital beam forming apparatus, wherein the coefficient calculation means is the filter coefficient calculation device for a FIR digital filter according to the second aspect. The pass region of the one-dimensional FIR digital filter is rotated on the two-dimensional frequency plane, and the rotated pass region is translated on the two-dimensional frequency plane to perform variable conversion, and the desired pass region is obtained. Corresponding to the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 are calculated, and the impulse response is calculated by inverse Fourier transforming the calculated frequency response, and the calculated impulse response is calculated. Of the plurality of FIR digital filters having an amplitude in the desired pass region based on It is characterized in that the data coefficient is calculated.

【0017】また、請求項5記載のディジタルビーム形
成装置のためのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ
係数演算装置は、請求項2又は3記載のFIR型ディジ
タルフィルタのフィルタ係数演算装置において、上記係
数演算手段は、上記ディジタルビーム形成装置によって
形成されるビームパターンが周波数に対して変化しない
ように、上記1次元FIR型ディジタルフィルタの周波
数応答を変数変換することにより、上記所望通過領域に
対応しかつ、上記正規化時間周波数F1と上記正規化空
間周波数F2とに関する周波数応答を演算し、演算され
た周波数応答を逆フーリエ変換することによりインパル
ス応答を演算し、演算されたインパルス応答に基づいて
上記所望通過領域で所定の振幅を有する上記複数のFI
R型ディジタルフィルタのフィルタ係数を演算すること
を特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a filter coefficient calculation device for a FIR digital filter for a digital beam forming apparatus, wherein the filter coefficient calculation device for the FIR digital filter is the coefficient calculation means. Responds to the desired pass region by converting the frequency response of the one-dimensional FIR digital filter into a variable so that the beam pattern formed by the digital beam forming device does not change with respect to frequency. The impulse response is calculated by calculating the frequency response related to the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2, and performing the inverse Fourier transform on the calculated frequency response, and based on the calculated impulse response, the desired impulse response is calculated. The plurality of FIs having a predetermined amplitude in the pass region
A feature is that the filter coefficient of the R-type digital filter is calculated.

【0018】さらに、本発明に係る請求項6記載のディ
ジタルビーム形成装置のためのFIR型ディジタルフィ
ルタは、請求項1乃至5のうちの1つに記載のFIR型
ディジタルフィルタのフィルタ係数演算装置によって演
算された上記複数のFIR型ディジタルフィルタのフィ
ルタ係数が設定されたことを特徴とする。
Further, a FIR type digital filter for a digital beam forming apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the FIR type digital filter according to one of the first to fifth aspects. It is characterized in that the calculated filter coefficients of the plurality of FIR type digital filters are set.

【0019】また、本発明に係る請求項7記載のディジ
タルビーム形成装置は、複数のアンテナ素子からなるア
レーアンテナと、上記各アンテナ素子によって受信され
た各受信信号をそれぞれA/D変換して、上記各受信信
号に対応する各ディジタル信号を出力する変換手段と、
それぞれ複数のフィルタ係数に基づいて、上記変換手段
から出力される上記複数のディジタル信号をろ波して出
力する複数のFIR型ディジタルフィルタと、上記複数
のFIR型ディジタルフィルタから出力される複数のろ
波後のディジタル信号を加算して加算後の信号を出力信
号として出力する加算器とを含むDBF回路とを備え、
上記複数のFIR型ディジタルフィルタの複数のフィル
タ係数は、請求項1乃至5のうちの1つに記載のフィル
タ係数演算装置によって演算されたことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a digital beam forming apparatus, wherein an array antenna comprising a plurality of antenna elements and respective reception signals received by the respective antenna elements are A / D converted, Converting means for outputting each digital signal corresponding to each received signal,
A plurality of FIR type digital filters for filtering and outputting the plurality of digital signals output from the converting means based on a plurality of filter coefficients, and a plurality of filters output from the plurality of FIR type digital filters. A DBF circuit including an adder for adding the post-wave digital signals and outputting the added signal as an output signal,
A plurality of filter coefficients of the plurality of FIR digital filters are calculated by the filter coefficient calculation device according to any one of claims 1 to 5.

【0020】さらに、本発明に係る請求項8記載のディ
ジタルビーム形成装置は、複数N個のアンテナ素子から
なるアレーアンテナと、上記各アンテナ素子によって受
信された各受信信号をそれぞれA/D変換して、上記各
受信信号に対応する各ディジタル信号を出力する変換手
段と、上記各アンテナ素子に対して複数N個のFIR型
ディジタルフィルタが対応しかつ形成すべき複数B個の
ビームの各ビームに対して複数N個のFIR型ディジタ
ルフィルタが対応するように設けられ、それぞれ上記各
ディジタル信号を予め決められたフィルタ係数に従って
ろ波して出力する複数(N×B)個のFIR型ディジタ
ルフィルタと、それぞれ上記各ビームを形成するための
複数N個のFIR型ディジタルフィルタから出力される
複数N個の信号を加算して出力する複数B個の加算器と
を備え、上記変換手段から出力される各ディジタル信号
に基づいて、複数B個の異なる方向にそれぞれビームを
形成して、当該ビームに対応する複数B個のビーム受信
信号を出力するビーム形成手段と、上記ビーム形成手段
から出力される複数B個のビーム受信信号から複数M個
のビーム受信信号を選択して出力する信号選択手段と、
上記信号選択手段から入力される上記複数M個のビーム
受信信号と入力される複数M個の荷重係数とをそれぞれ
乗算して乗算結果の信号を出力する複数M個の乗算器
と、上記信号選択手段から出力される複数M個のビーム
受信信号に基づいて、少なくとも所望信号の周波数を含
む所定の周波数範囲において、上記アレーアンテナの主
ビームを所望信号の到来方向に向けかつ干渉信号の到来
方向の受信信号のレベルを零にするような上記複数M個
の荷重係数を上記各乗算器に対して演算して、当該複数
M個の荷重係数をそれぞれ対応する上記各乗算器に出力
する係数制御手段と、上記複数M個の乗算器から出力さ
れる複数M個の乗算結果の信号を加算して受信信号とし
て出力する加算手段とを備えたことを特徴とする。
Further, in the digital beam forming apparatus according to the present invention of claim 8, an array antenna comprising a plurality of N antenna elements and each received signal received by each of the antenna elements are A / D converted. Then, the conversion means for outputting each digital signal corresponding to each received signal and the plurality of B beams to be formed corresponding to the plurality of N FIR type digital filters for each antenna element, On the other hand, a plurality of N FIR type digital filters are provided correspondingly, and a plurality of (N × B) FIR type digital filters which respectively filter and output the respective digital signals according to a predetermined filter coefficient, , The plurality of N signals output from the plurality of N FIR type digital filters for forming the respective beams, A plurality of B adders for calculating and outputting the plurality of B beams are formed in a plurality of B different directions based on the respective digital signals output from the converting means, and a plurality of B beams corresponding to the beams are formed. Beam forming means for outputting a plurality of beam reception signals, and signal selecting means for selecting and outputting a plurality of M beam reception signals from a plurality of B beam reception signals output from the beam forming means,
A plurality of M multipliers for respectively multiplying the plurality of M beam reception signals input from the signal selection means and a plurality of M weight coefficients input and outputting a signal of a multiplication result, and the signal selection. Based on the plurality of M beam reception signals output from the means, the main beam of the array antenna is directed to the arrival direction of the desired signal and the arrival direction of the interference signal in the predetermined frequency range including at least the frequency of the desired signal. Coefficient control means for calculating the plurality of M weighting factors for zeroing the level of the received signal for each of the multipliers and outputting the plurality of M weighting factors to the corresponding multipliers. And adding means for adding a plurality of M multiplication result signals output from the plurality of M multipliers and outputting as a reception signal.

【0021】また、請求項9記載のディジタルビーム形
成装置は、請求項8記載のディジタルビーム形成装置に
おいて、上記複数(N×B)個のFIR型ディジタルフ
ィルタの複数のフィルタ係数は、請求項1乃至5のうち
の1つに記載のフィルタ係数演算装置によって演算され
たことを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the digital beam forming apparatus according to the eighth aspect, wherein the plurality of (N × B) FIR digital filters have a plurality of filter coefficients. It is characterized in that it is calculated by the filter coefficient calculation device described in any one of 1 to 5.

【0022】また、本発明に係る請求項10記載のディ
ジタルビーム形成装置は、複数N個のアンテナ素子から
なるアレーアンテナと、上記各アンテナ素子によって受
信された各受信信号をそれぞれA/D変換して、上記各
受信信号に対応する各ディジタル信号を出力する変換手
段と、上記各アンテナ素子に対して複数N個の荷重係数
器が対応しかつ形成すべき複数B個の第1のビームの各
第1のビームに対して複数N個の荷重係数器が対応する
ように設けられ、それぞれ上記各ディジタル信号を予め
決められた第1の荷重係数で乗算して出力する複数(N
×B)個の荷重係数器と、それぞれ上記各第1のビーム
を形成するための複数N個の荷重係数器から出力される
複数N個の信号を加算して出力する複数B個の第1の加
算器とを備え、上記変換手段から出力される各ディジタ
ル信号に基づいて、複数B個の異なる方向にそれぞれ第
1のビームを形成して、当該第1のビームに対応する複
数B個の第1のビーム受信信号を出力するビーム形成手
段と、上記各第1のビーム受信信号に対して複数L個の
FIR型ディジタルフィルタが対応し、かつ形成すべき
複数B個の第2のビームの各第2のビームに対して複数
L個のFIR型ディジタルフィルタが対応するように設
けられ、それぞれ上記各第1のビーム受信信号を、上記
複数B個の第2のビームを形成するように予め決められ
た複数のフィルタ係数でろ波して出力する複数(L×
B)個のFIR型ディジタルフィルタと、それぞれ上記
各第2のビームを形成するための複数L個のFIR型デ
ィジタルフィルタから出力される複数L個の信号を加算
して上記各第2のビームに対応した各第2のビーム受信
信号を出力する複数B個の第2の加算器と、上記複数B
個の加算器から出力される複数B個の第2のビーム受信
信号から複数M個の第2のビーム受信信号を選択して出
力する信号選択手段と、上記信号選択手段から入力され
る上記複数M個の第2のビーム受信信号と入力される複
数M個の第2の荷重係数とをそれぞれ乗算して乗算結果
の信号を出力する複数M個の乗算器と、上記信号選択手
段から出力される複数M個の第2のビーム受信信号に基
づいて、少なくとも所望信号の周波数を含む所定の周波
数範囲において、上記アレーアンテナの主ビームを所望
信号の到来方向に向けかつ干渉信号の到来方向の受信信
号のレベルを零にするような上記複数M個の第2の荷重
係数を上記各乗算器に対して演算して、当該複数M個の
第2の荷重係数をそれぞれ対応する上記各乗算器に出力
する係数制御手段と、上記複数M個の乗算器から出力さ
れる複数M個の乗算結果の信号を加算して受信信号とし
て出力する加算手段とを備えたことを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a digital beam forming apparatus in which an array antenna including a plurality of N antenna elements and respective reception signals received by the respective antenna elements are A / D converted. A plurality of B first beams which are to be formed by a plurality of N weight coefficient units corresponding to the respective antenna elements, and conversion means for outputting each digital signal corresponding to each received signal. A plurality of N weight coefficient units are provided so as to correspond to the first beam, and a plurality of (N) each of the digital signals is output by multiplying by a predetermined first weight coefficient.
XB) weighting factor units and a plurality of B first numbering factors that add and output a plurality of N number of signals output from the plurality of N numbering factor devices for forming each of the first beams. Of the plurality of B beams corresponding to the first beam are formed in a plurality of B different directions based on the respective digital signals output from the conversion means. Beam forming means for outputting a first beam reception signal and a plurality of L FIR type digital filters correspond to each of the first beam reception signals, and a plurality of B second beams to be formed are formed. A plurality of L FIR digital filters are provided so as to correspond to the respective second beams, and the respective first beam reception signals are formed in advance so as to form the plurality of B second beams. Multiple fixed filters A plurality of outputting and filtered by the number (L ×
B) A plurality of L type signals output from the FIR type digital filters and a plurality of L type FIR digital filters for forming each of the second beams are added to obtain each of the second beams. A plurality of B second adders for outputting corresponding second beam reception signals;
Signal selecting means for selecting and outputting a plurality of M second beam reception signals from a plurality of B second beam reception signals output from a plurality of adders, and the plurality of signals input from the signal selecting means. A plurality of M number of multipliers that respectively output the M second beam reception signals and a plurality of M number of second weighting factors that are input and output signals of the multiplication results, and the above-mentioned signal selecting means. Based on the plurality of M second beam reception signals, the main beam of the array antenna is directed to the arrival direction of the desired signal and the reception direction of the interference signal is received in a predetermined frequency range including at least the frequency of the desired signal. The plurality of M second weighting factors that make the signal level zero are calculated for each of the multipliers, and the plurality of M second weighting factors are respectively stored in the corresponding multipliers. Output coefficient control means , Characterized in that an adding means for outputting a plurality of M reception signals by adding the plurality of M multiplication results of the signal output from the multiplier.

【0023】また、請求項11記載のディジタルビーム
形成装置は、請求項10記載のディジタルビーム形成装
置において、上記複数(L×B)個のFIR型ディジタ
ルフィルタの複数のフィルタ係数は、請求項1乃至5の
うちの1つに記載のフィルタ係数演算装置によって演算
されたことを特徴とする。
The digital beam forming apparatus according to claim 11 is the digital beam forming apparatus according to claim 10, wherein the plurality of (L × B) FIR digital filters have a plurality of filter coefficients. It is characterized in that it is calculated by the filter coefficient calculation device described in any one of 1 to 5.

【0024】さらに、請求項12記載のディジタルビー
ム形成装置は、請求項8、9、10又は11記載のディ
ジタルビーム形成装置において、上記係数制御手段は、
上記ディジタルビーム形成装置から出力される信号の包
絡線を一定に保つように、上記各荷重係数を演算するこ
とを特徴とする。
Further, in a digital beam forming apparatus according to a twelfth aspect, in the digital beam forming apparatus according to the eighth aspect, the coefficient controlling means,
Each of the weighting factors is calculated so that the envelope of the signal output from the digital beam forming device is kept constant.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

<第1の実施形態>図1は、本発明に係る第1の実施形
態のディジタルビーム形成装置の構成を示すブロック図
である。第1の実施形態のディジタルビーム形成装置
は、図9の第1の従来例の適応ディジタルビーム形成装
置において、第2の係数制御器11bに代えて、FIR
型ディジタルフィルタ係数演算器13を備える。ここ
で、第1の実施形態のディジタルビーム形成装置におい
て、FIR型ディジタルフィルタ係数演算器13は、詳
細後述するように、ビームを形成するべき方向である入
射角θが与えられたとき、周波数応答G(F1,F2)を
演算して、演算された周波数応答G(F1,F2)を逆フ
ーリエ変換することによりインパルス応答g(m1,m2)
を演算して、さらに当該インパルス応答g(m1,m2)に
基づいて荷重係数wk ,sを演算して出力し、FIR型デ
ィジタルフィルタ9−1乃至9−Nはそれぞれ、当該荷
重係数wk,sに基づいて、入力されるディジタル同相・
直交信号xk(m)をろ波して、加算器10に出力する
ことを特徴とする。これによって、加算器10は複数N
個のろ波後のディジタル同相・直交信号xk(m)を加
算して、加算後の信号を、広帯域の所望信号が抽出され
かつ広帯域の干渉信号が抑圧された出力信号z(m)と
して出力する。ここで、k=1,2,…,Nであり、以
下、本明細書において特に断らない限り同様とする。ま
た、ディジタル同相・直交信号xk(m)における括弧
()内のmは時刻(時刻の番号)を表す。
<First Embodiment> FIG. 1 is a block diagram showing the arrangement of a digital beam forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. The digital beam forming apparatus of the first embodiment is similar to the adaptive digital beam forming apparatus of the first conventional example shown in FIG. 9, except that the second coefficient controller 11b is replaced by FIR.
A digital filter coefficient calculator 13 is provided. Here, in the digital beam forming apparatus according to the first embodiment, the FIR type digital filter coefficient calculator 13 has a frequency response when an incident angle θ which is a direction for forming a beam is given, as will be described later in detail. G (F 1, F 2) by calculating the arithmetic frequency response G impulses by inverse Fourier transform (F 1, F 2) response g (m 1, m 2)
And further calculates and outputs the weighting factors w k , s based on the impulse response g (m 1 , m 2 ), and the FIR digital filters 9-1 to 9-N respectively output the weighting factors. Based on w k, s , the input digital in-phase
The quadrature signal x k (m) is filtered and output to the adder 10. As a result, the adder 10 has a plurality of N
The filtered digital in-phase / quadrature signals x k (m) are added, and the added signal is used as an output signal z (m) in which a wideband desired signal is extracted and a wideband interference signal is suppressed. Output. Here, k = 1, 2, ..., N, and the same applies hereinafter unless otherwise specified in this specification. Further, m in parentheses () in the digital in-phase / quadrature signal x k (m) represents time (time number).

【0026】以下、図1を参照して、第1の実施形態の
ディジタルビーム形成装置について詳細に説明する。第
1の実施形態のディジタルビーム形成装置において、複
数N個のアンテナ素子1−kで受信された高周波信号は
それぞれ、第1の従来例の適応ディジタルビーム形成装
置と同様に、受信機2−kで中間周波信号に変換され、
A/D変換器3−kでそれぞれディジタル中間周波信号
に変換される。そして、これらのディジタル中間周波信
号は、ディジタル局部発振器60で発振した周波数fIF
のディジタル正弦波とミキサー4−kでそれぞれ混合さ
れ、低域通過ディジタルフィルタ5−kにより高周波成
分がカットされて、低域通過ディジタルフィルタ5−k
から複素数であるディジタル同相・直交信号xk(m)
が出力される。そして、ディジタル同相・直交信号xk
(m)は、FIR型ディジタルフィルタ9−1乃至9−
Nと加算器10とからなるDBF回路6のFIR型ディ
ジタルフィルタ9−kに入力される。ここで、第1の実
施形態において、アレーアンテナ100は一直線上に所
定の素子間隔dでアンテナ素子1−1乃至1−Nが並置
されたリニアアレーアンテナである。
The digital beam forming apparatus according to the first embodiment will be described in detail below with reference to FIG. In the digital beam forming apparatus of the first embodiment, the high-frequency signals received by the plurality of N antenna elements 1-k are respectively received by the receiver 2-k similarly to the adaptive digital beam forming apparatus of the first conventional example. Converted to an intermediate frequency signal with
Each of the signals is converted into a digital intermediate frequency signal by the A / D converter 3-k. Then, these digital intermediate frequency signals are the frequency f IF oscillated by the digital local oscillator 60.
Is mixed with the digital sine wave of the low-pass digital filter 5-k and the high-frequency component is cut by the low-pass digital filter 5-k.
To complex digital in-phase / quadrature signal x k (m)
Is output. Then, the digital in-phase / quadrature signal x k
(M) is the FIR type digital filters 9-1 to 9-
It is input to the FIR type digital filter 9-k of the DBF circuit 6 composed of N and the adder 10. Here, in the first embodiment, the array antenna 100 is a linear array antenna in which antenna elements 1-1 to 1-N are juxtaposed on a straight line at a predetermined element interval d.

【0027】FIR型ディジタルフィルタ係数演算器1
3は、詳細後述するように、ビームを形成するべき方向
である入射角θが与えられたとき、ディジタルビーム形
成装置の出力信号z(m)において、広帯域の所望信号
を抽出して広帯域の干渉信号を抑圧するように荷重係数
k,0、wk,1、…、wk,q-1を演算して、荷重係数
k ,0、wk,1、…、wk,q-1をFIR型ディジタルフィ
ルタ9−kに出力する。
FIR type digital filter coefficient calculator 1
As will be described later in detail, when an incident angle θ, which is a direction for forming a beam, is given, the reference numeral 3 extracts a desired signal in a wide band from the output signal z (m) of the digital beam forming device and causes wide band interference. The weighting factors w k, 0 , w k, 1 , ..., W k, q-1 are calculated so as to suppress the signals, and the weighting factors w k , 0 , w k, 1 , ..., W k, q- 1 is output to the FIR digital filter 9-k.

【0028】そして、DBF回路6において、FIR型
ディジタルフィルタ9−kは、FIR型ディジタルフィ
ルタ係数演算器13から入力される荷重係数wk,0、w
k,1、…、wk,q-1に基づいて、入力されるディジタル同
相・直交信号xk(m)をディジタル的にろ波して、ろ
波後のディジタル同相・直交信号xk(m)を加算器1
0に出力する。加算器10は各FIR型ディジタルフィ
ルタ9−kから入力される複数N個のろ波後のディジタ
ル同相・直交信号xk(m)を加算して、加算後の信号
を、広帯域の所望信号が抽出されかつ広帯域の干渉信号
が抑圧された出力信号z(m)として出力する。
In the DBF circuit 6, the FIR digital filter 9-k has the weighting factors w k, 0 and w input from the FIR digital filter coefficient calculator 13.
k, 1, ..., w k, based on the q-1, a digital in-phase and quadrature signals x k (m) are digitally filtered version of the input, the digital in-phase and quadrature signals x k after filtering ( m) is the adder 1
Output to 0. The adder 10 adds a plurality of N filtered digital in-phase / quadrature signals x k (m) input from each FIR digital filter 9-k, and outputs the added signal as a wide band desired signal. The output signal z (m) in which the interference signal in the extracted and wide band is suppressed is output.

【0029】次に、図2を参照して、FIR型ディジタ
ルフィルタ9−kの構成を説明する。FIR型ディジタ
ルフィルタ9−kは、図2に示すように、(q−1)個
の遅延器91−1乃至91−(q−1)と、q個の乗算
器92−1乃至92−qと、(q−1)個の加算器93
−1乃至93−(q−1)とからなる。ここで、FIR
型ディジタルフィルタ9−kにおいてqはタップ長と呼
ばれ、第1の実施形態では奇数に設定される。そして、
FIR型ディジタルフィルタ9−kに入力されるディジ
タル同相・直交信号xk(m)は、遅延器91−1と乗
算器92−1とに入力される。また、FIR型ディジタ
ルフィルタ9−kに入力される荷重係数wk,s-1は乗算
器92−s(s=1,2,…,q)に入力される。
Next, the configuration of the FIR type digital filter 9-k will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the FIR digital filter 9-k includes (q-1) delay units 91-1 to 91- (q-1) and q multipliers 92-1 to 92-q And (q-1) adders 93
-1 to 93- (q-1). Where FIR
In the type digital filter 9-k, q is called a tap length, and is set to an odd number in the first embodiment. And
The digital in-phase / quadrature signal x k (m) input to the FIR digital filter 9-k is input to the delay unit 91-1 and the multiplier 92-1. The weighting coefficient w k, s-1 input to the FIR digital filter 9-k is input to the multiplier 92-s (s = 1, 2,..., Q).

【0030】FIR型ディジタルフィルタ9−kにおい
て、遅延器91−s(s=1,2,…,q−1)は、入
力されるディジタル同相・直交信号xk(m−s+1)
を1サンプル周期だけ遅らせて1サンプル周期だけ遅れ
た信号xk(m−s)を遅延器91−(s+1)と乗算
器92−(s+1)とに出力する。乗算器92−1は、
入力されるディジタル同相・直交信号xk(m)と荷重
係数wk,0とを乗算して、加算器93−1に出力する。
乗算器92−s(s=2,3,…,q)は、入力される
信号xk(m−s+1)と荷重係数wk,s-1とを乗算し
て、加算器93−(s−1)に出力する。加算器93−
1は、乗算器92−1から入力される信号と乗算器92
−2から入力される信号とを加算して、加算器93−2
に出力する。加算器93−s(s=2,3,…,q−
2)は、加算器93−(s−1)から入力される信号と
乗算器92−(s+1)から入力される信号とを加算し
て、加算器93−(s+1)に出力する。加算器93−
(q−1)は、加算器93−(q−2)から入力される
信号と乗算器92−qから入力される信号とを加算し
て、加算器10に出力する。ここで、第1の実施形態で
は、(q−1)個の加算器93−1乃至93−(q−
1)を設けて構成したが、本発明はこれに限らず、(q
−1)個の加算器93−1乃至93−(q−1)に代え
て、乗算器92−1乃至92−qから出力されるq個の
出力信号を一括して加算して加算器10に出力する1つ
の加算器を用いて構成してもよい。また、そのような加
算器を用いずに、乗算器92−1乃至92−qから出力
されるq個の出力信号を直接、加算器10に出力しても
よい。
In the FIR type digital filter 9-k, the delay device 91-s (s = 1, 2, ..., Q-1) inputs the digital in-phase / quadrature signal x k (m-s + 1).
Is delayed by one sample period, and a signal x k (ms) delayed by one sample period is output to the delay unit 91- (s + 1) and the multiplier 92- (s + 1). The multiplier 92-1 is
The input digital in-phase / quadrature signal x k (m) is multiplied by the weight coefficient w k, 0 and output to the adder 93-1.
The multiplier 92-s (s = 2, 3,..., Q) multiplies the input signal x k (m−s + 1) by the weight coefficient w k, s−1, and adds the signal x k (m−s + 1) to the adder 93- (s). Output to -1). Adder 93-
1 is a signal input from the multiplier 92-1 and the multiplier 92-1
-2 is added to the signal inputted from the adder 93-2.
Output to The adder 93-s (s = 2, 3,..., Q-
2) adds the signal input from the adder 93- (s-1) and the signal input from the multiplier 92- (s + 1), and outputs the result to the adder 93- (s + 1). Adder 93-
(Q-1) adds the signal input from the adder 93- (q-2) and the signal input from the multiplier 92-q and outputs the result to the adder 10. Here, in the first embodiment, (q-1) adders 93-1 to 93- (q-
1) is provided, but the present invention is not limited to this, and (q)
-1) In place of the adders 93-1 to 93- (q-1), q output signals output from the multipliers 92-1 to 92-q are collectively added to adder 10 It may be configured by using one adder for outputting to. Further, q output signals output from the multipliers 92-1 to 92-q may be directly output to the adder 10 without using such an adder.

【0031】以上のように構成されたFIR型ディジタ
ルフィルタ9−kは、FIR型ディジタルフィルタ係数
演算器13から入力される各荷重係数wk,0、wk,1
…、wk,q-1に基づいて、低域通過ディジタルフィルタ
5−kから入力されるディジタル同相・直交信号x
k(m)をディジタル的にろ波して加算器10に出力す
る。以上の様に構成されたFIR型ディジタルフィルタ
9−1乃至9−Nを備えたDBF回路6は、2次元ディ
ジタルフィルタと考えることができる。なお、図2のF
IR型ディジタルフィルタ9−1乃至9−Nの構造は直
接形としたが、他の構成、例えば、縦続形やラティス形
でもよい。ただし、FIR型ディジタルフィルタ9−k
に入力される荷重係数wk,sの演算方法はFIR型ディ
ジタルフィルタ9−kの構造に応じて異なる。
The FIR type digital filter 9-k having the above-mentioned structure is provided with the respective weighting factors w k, 0 , w k, 1 inputted from the FIR type digital filter coefficient calculator 13.
, W k, q−1 based on w k, q −1, the digital in-phase / quadrature signal x input from the low-pass digital filter 5-k.
Digitally filter k (m) and output to adder 10. The DBF circuit 6 including the FIR digital filters 9-1 to 9-N configured as described above can be considered as a two-dimensional digital filter. In addition, F of FIG.
The structure of the IR type digital filters 9-1 to 9-N is a direct type, but other configurations such as a cascade type and a lattice type may be used. However, FIR type digital filter 9-k
The calculation method of the weighting factor w k, s input to is different depending on the structure of the FIR digital filter 9-k.

【0032】次に、FIR型ディジタルフィルタ係数演
算器13における荷重係数wk,sの演算方法について説
明する。まず、所望信号の入射角θを、図1に示すよう
に、アンテナ素子1−1乃至1−Nが並置されたライン
の垂線と所望信号の入射する方向との角度で定義する。
また、高周波信号である所望信号の周波数f1と搬送波
信号の搬送波周波数fcとディジタルビーム形成装置の
サンプリング周波数fsとを用いて正規化時間周波数F1
を次の数1で定義する。さらに、入射角θと光速cと所
望信号の周波数f1とを用いて、非正規化空間周波数f2
を数2のように定義し、当該非正規化空間周波数f2
数3で表すようにアンテナ素子1−1乃至1−Nの素子
間隔dの逆数で正規化して、正規化空間周波数F2を定
義する。ここで、アンテナ素子の素子間隔dの逆数1/
dは、空間サンプリング周波数と呼ばれる。すなわち、
正規化時間周波数F1は、ある時刻における周波数f1
搬送波周波数fcとの差をサンプリング周波数fsで正規
化した周波数であり、正規化空間周波数F2は入射角θ
を考慮したある時刻においてアンテナ素子1−kの並置
ライン上で正規化した空間周波数である。
Next, a method of calculating the weighting coefficient w k, s in the FIR type digital filter coefficient calculator 13 will be described. First, as shown in FIG. 1, the incident angle θ of the desired signal is defined by the angle between the perpendicular of the line in which the antenna elements 1-1 to 1-N are juxtaposed and the incident direction of the desired signal.
Further, the normalized time frequency F 1 is calculated by using the frequency f 1 of the desired signal which is a high frequency signal, the carrier frequency f c of the carrier signal and the sampling frequency f s of the digital beam forming apparatus.
Is defined by the following equation 1. Further, using the incident angle θ, the speed of light c, and the frequency f 1 of the desired signal, the denormalized spatial frequency f 2
Is defined as Equation 2, and the denormalized spatial frequency f 2 is normalized by the reciprocal of the element spacing d of the antenna elements 1-1 to 1-N as represented by Equation 3, and the normalized spatial frequency F 2 Is defined. Here, the reciprocal of the element spacing d of the antenna elements 1 /
d is called the spatial sampling frequency. That is,
The normalized time frequency F 1 is a frequency obtained by normalizing the difference between the frequency f 1 and the carrier frequency f c at a certain time with the sampling frequency f s , and the normalized spatial frequency F 2 is the incident angle θ.
Is a spatial frequency normalized on the juxtaposed line of the antenna element 1-k at a certain time.

【0033】[0033]

【数1】F1=(f1−fc)/fs [Number 1] F 1 = (f 1 -f c ) / f s

【数2】f2=(f1sinθ)/cF 2 = (f 1 sin θ) / c

【数3】F2=df2=(df1sinθ)/c={(dsin
θ)/c}(fs1+fc
## EQU3 ## F 2 = df 2 = (df 1 sin θ) / c = {(dsin
θ) / c} (f s F 1 + f c)

【0034】また、DBF回路6を2次元ディジタルフ
ィルタとみたときの、伝達特性H(f1,θ)は、次の数
4で表すことができ、当該伝達特性H(f1,θ)は、上
述のように定義した正規化時間周波数F1と正規化空間
周波数F2とを用いて数5に示す周波数応答G(F1,F
2)に変換することができる。すなわち、周波数応答G
(F1,F2)は、正規化時間周波数F1と正規化空間周
波数F2との2次元周波数平面上の周波数応答である。
The transfer characteristic H (f 1 , θ) when the DBF circuit 6 is regarded as a two-dimensional digital filter can be expressed by the following equation 4, and the transfer characteristic H (f 1 , θ) is , The frequency response G (F 1 , F 1 shown in Equation 5 using the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 defined as above.
2 ) can be converted to. That is, the frequency response G
(F 1 , F 2 ) is a frequency response on the two-dimensional frequency plane of the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 .

【0035】[0035]

【数4】 (Equation 4)

【数5】 (Equation 5)

【0036】ここで、数4において、TsはDBF回路
6内のサンプリング間隔であって、DBF回路6におけ
るサンプリング周波数fsの逆数、すなわちTs=1/fs
表される。また、数4、数5において、qは上述のよう
にFIR型ディジタルフィルタ9−kのタップ長であ
る。上述の数4と数5は、素子間隔dが一定であると仮
定した場合に成り立つ数式であって、この方法は、素子
間隔dが一定のリニアアレーにしか適用できないという
制約がある。しかし、アンテナ素子1−1乃至1−Nが
平面に格子状に縦横それぞれ等間隔に配置されている場
合には、数4と数5を拡張することで対応できる。すな
わち、ディジタルフィルタを3次元(時間−空間2次
元)とした場合にも適用できる。
Here, in the equation 4, T s is a sampling interval in the DBF circuit 6, and is represented by the reciprocal of the sampling frequency f s in the DBF circuit 6, that is, T s = 1 / f s . Further, in the expressions 4 and 5, q is the tap length of the FIR type digital filter 9-k as described above. Equations (4) and (5) above are equations that hold when the element spacing d is assumed to be constant. This method has a limitation that it can be applied only to a linear array in which the element spacing d is constant. However, when the antenna elements 1-1 to 1-N are arranged on the plane in a grid pattern at equal intervals in the vertical and horizontal directions, it can be dealt with by expanding the equations 4 and 5. That is, the present invention can be applied to a case where the digital filter is three-dimensional (two-dimensional space-time).

【0037】このDBF回路6は、広帯域ビームを所望
の方向に形成する周波数−角度平面上での所望特性を、
正規化時間周波数F1と正規化空間周波数F2平面の2次
元周波数平面上での所望特性に変換して、2次元ディジ
タルフィルタの特性を2次元周波数平面上での所望特性
に近似させることにより実現したものである。本発明者
らは、上述の処理において、搬送波を用いて情報を伝送
する電波の処理をする広帯域のDBF回路6では、図3
(a)で示す周波数−角度平面における所望特性は、2
次元周波数平面上においては図3(b)に示す所望通過
域で表されることを見いだした。
The DBF circuit 6 has desired characteristics on a frequency-angle plane for forming a wideband beam in a desired direction.
By converting the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 plane into desired characteristics on the two-dimensional frequency plane, and approximating the characteristics of the two-dimensional digital filter to the desired characteristics on the two-dimensional frequency plane. It was realized. In the processing described above, the inventors of the present invention use the broadband DBF circuit 6 that processes a radio wave for transmitting information using a carrier wave as shown in FIG.
The desired characteristic in the frequency-angle plane shown in (a) is 2
It was found that the desired pass band shown in FIG. 3B is expressed on the dimensional frequency plane.

【0038】ここで、広帯域のマルチビームを形成し
て、そのあとビームを選択してアダプティブな広帯域ビ
ームや広帯域ヌルを形成するには、各ビームを形成する
回路の位相特性が周波数に関して線形であり、かつその
傾きがすべてそろっていなければならないが、これから
述べる方法はその要求を満足させることができる。
Here, in order to form a wide band multi-beam and then select the beam to form an adaptive wide band beam or a wide band null, the phase characteristic of the circuit forming each beam is linear with respect to frequency. , And the slopes must all be the same, but the method described below can satisfy the demand.

【0039】そこでまず、DBF回路6に入力されるデ
ィジタル同相・直交信号xk(m)について詳細に検討
した結果、入射角θで入射する信号に対応するディジタ
ル同相・直交信号xk(m)の、DBF回路6の入力時
における時間と空間に関する2次元スペクトルが、2次
元周波数平面上で次の数6で表される直線上にあること
を見いだした。図5は、当該2次元スペクトルSpを模
式的に示した図である。
[0039] Therefore, first, the digital in-phase and quadrature signals x k (m) result of studying in detail inputted to DBF circuit 6, a digital-phase and quadrature signal corresponds to a signal at an incident angle θ x k (m) It was found that the two-dimensional spectrum of time and space at the input of the DBF circuit 6 is on the straight line represented by the following equation 6 on the two-dimensional frequency plane. FIG. 5 is a diagram schematically showing the two-dimensional spectrum Sp.

【0040】[0040]

【数6】F2={(dsinθ)/c}(fs1+f[Equation 6] F 2 = {(d sin θ) / c} (f s F 1 + f c ).

【0041】すなわち、数6で表される直線は、図3
(b)に示した矩形の所望通過域の幅方向の中心に位置
する直線である。従って、図3(b)に示した矩形の所
望通過域は、次の数7に示す不等式で表すことができ、
ディジタルビーム形成装置のサンプリング周波数で正規
化された正規化時間周波数Fの第1の軸と、上記素子
間隔の逆数で正規化された正規化空間周波数F2の第2
の軸とで形成された2次元周波数平面において、第2の
軸上で中心を有し、所定の幅を有して負の正規化時間周
波数から正の正規化時間周波数に延在する。
That is, the straight line expressed by the equation 6 is shown in FIG.
It is a straight line located at the center in the width direction of the desired pass band of the rectangle shown in FIG. Therefore, the desired rectangular passband shown in FIG. 3B can be expressed by the following inequality shown in Equation 7.
The first axis of the normalized time frequency F 1 normalized by the sampling frequency of the digital beam former and the second axis of the normalized spatial frequency F 2 normalized by the reciprocal of the element spacing.
In the two-dimensional frequency plane formed by the axis and the center of the second axis, and has a predetermined width and extends from the negative normalized time frequency to the positive normalized time frequency.

【0042】[0042]

【数7】{(dsinθ)/c}(fs1+fc)−ε≦F2≦{(ds
inθ)/c}(fs1+fc)+ε
Equation 7] {(dsinθ) / c} ( f s F 1 + f c) -ε ≦ F 2 ≦ {(ds
inθ) / c} (f s F 1 + f c) + ε

【0043】ここで、数7におけるεは図3(b)に示
した矩形の所望通過域の幅に対応する所定の小さな数で
ある。すなわち、数7で示した図3(b)の矩形の所望
通過域において振幅特性D(F1,F2)=1であり、当該
所望通過域の外部では振幅特性D(F1,F2)=0である
振幅特性を近似的に実現できる2次元ディジタルフィル
タであるDBF回路6を構成することができれば、入射
角θの方向に広帯域ビームを形成するDBF回路6を構
成できることになる。ここで、第1の実施形態では、F
1=±0.5の近傍においても、振幅特性D(F1,F2)=
0にした。
Here, ε in the equation (7) is a predetermined small number corresponding to the width of the rectangular desired pass band shown in FIG. 3 (b). That is, the amplitude characteristic D in the desired pass band of the rectangular 3 shown by the number 7 (b) (F 1, F 2) is = 1, the desired passband in the external amplitude characteristic D (F 1, F 2 If the DBF circuit 6 that is a two-dimensional digital filter that can approximately realize the amplitude characteristic of) = 0 can be configured, the DBF circuit 6 that forms a broadband beam in the direction of the incident angle θ can be configured. Here, in the first embodiment, F
Even in the vicinity of 1 = ± 0.5, the amplitude characteristic D (F 1 , F 2 ) =
It was set to 0.

【0044】次に、上述の矩形の所望通過域で振幅を有
する振幅特性、すなわち、数7で示した図3(b)の矩
形の所望通過域において振幅特性D(F1,F2)=1であ
り、当該所望通過域の外部では振幅特性D(F1,F2)=
0である振幅特性を近似的に実現できる2次元ディジタ
ルフィルタの検討を行った。その結果を図4を参照して
説明する。
Next, an amplitude characteristic having an amplitude in the above-mentioned rectangular desired pass band, that is, an amplitude characteristic D (F 1 , F 2 ) = in the rectangular desired pass band shown in FIG. 1 and the amplitude characteristic D (F 1 , F 2 ) = outside the desired passband.
A two-dimensional digital filter that can approximately realize an amplitude characteristic of 0 was studied. The result will be described with reference to FIG.

【0045】まず、アンテナ素子数Nに基づいて、1次
元線形位相FIR型狭帯域低域通過ディジタルフィルタ
(以下、FIR型低域通過ディジタルフィルタとい
う。)のインパルス応答長Niを次のように定義する。
すなわち、アンテナ素子数Nが奇数の場合は、Ni=N
とし、アンテナ素子数Nが偶数の場合は、Ni=N−1
とする。これによって、インパルス応答長Niを、常に
奇数に設定する。次に、インパルス応答長がNiのFI
R型狭帯域低域通過ディジタルフィルタのインパルス応
答p(m)を求める。ここで、FIR型狭帯域低域通過デ
ィジタルフィルタの帯域幅はなるべく狭い方が良い。イ
ンパルス応答p(m)の計算方法はいくつか知られている
が、一番簡単なのは、p(m)=1/Niとすることであ
る。
First, based on the number of antenna elements N, the impulse response length Ni of a one-dimensional linear phase FIR type narrow band low pass digital filter (hereinafter referred to as FIR type low pass digital filter) is defined as follows. To do.
That is, when the number of antenna elements N is an odd number, Ni = N
If the number of antenna elements N is an even number, then Ni = N-1
And As a result, the impulse response length Ni is always set to an odd number. Next, the FI with an impulse response length of Ni
The impulse response p (m) of the R type narrow band low pass digital filter is obtained. Here, the band width of the FIR type narrow band low pass digital filter is preferably as narrow as possible. There are several known methods for calculating the impulse response p (m), but the simplest method is to set p (m) = 1 / Ni.

【0046】ここでは簡単のため、振幅特性には影響を
与えない、線形位相成分は除いた、零位相部分のみを考
える。従って、ここで求めたFIR型低域通過ディジタ
ルフィルタの周波数応答P(F2)は次の数8で表すこ
とができる。ここで、数8の周波数応答P(F2)は、
零位相なので、p(m)=p(−m)の関係が成り立
つ。
Here, for simplicity, only the zero-phase portion, which does not affect the amplitude characteristic and excludes the linear phase component, is considered. Therefore, the frequency response P (F 2 ) of the FIR type low pass digital filter obtained here can be expressed by the following equation 8. Here, the frequency response P (F 2 ) of Equation 8 is
Since the phase is zero, the relationship of p (m) = p (-m) is established.

【0047】[0047]

【数8】 (Equation 8)

【0048】ここで、数8において、Tm(x)はm次
の第1種チェビシェフ多項式であって、T0(x)=
1,T1(x)=x,Tm(x)=2xTm-1(x)−T
m-2(x);m=2,3,…,Tm(cosx)=cos(m
x)である。数8の周波数応答P(F2)を2次元周波
数平面上に表すと図4(a)のように表すことができ
る。
Here, in equation (8), T m (x) is a Chebyshev polynomial of the first kind of the m-th order, and T 0 (x) =
1, T 1 (x) = x, T m (x) = 2xT m-1 (x) -T
m-2 (x); m = 2, 3, ..., T m (cosx) = cos (m
x). The frequency response P (F 2 ) of Equation 8 can be expressed as shown in FIG. 4A when expressed on the two-dimensional frequency plane.

【0049】次に、図4(a)に示された数8の周波数
応答P(F2)を2次元周波数平面上で図4(b)に示
すように回転させる。この回転は以下のようにして行
う。すなわち、数8におけるcos(2πF2)を、次の数9で
表される関数R(F1,F2)に置き換えると、周波数特
性を近似的に回転することができる。
Next, the frequency response P (F 2 ) of the equation 8 shown in FIG. 4A is rotated on the two-dimensional frequency plane as shown in FIG. 4B. This rotation is performed as follows. That is, when cos (2πF 2 ) in the equation 8 is replaced with the function R (F 1 , F 2 ) represented by the following equation 9, the frequency characteristic can be rotated approximately.

【0050】[0050]

【数9】R(F1,F2)=Rc(F1)cos(2πF2)−Rs(F1)
sin(2πF2)
## EQU9 ## R (F 1 , F 2 ) = R c (F 1 ) cos (2πF 2 ) −R s (F 1 ).
sin (2πF 2 )

【数10】 ここで、a0=sin(uπ)/(uπ),am=2・(−1)musin
(uπ)/{π(u2−m2)}
(Equation 10) Here, a 0 = sin (uπ) / (uπ), a m = 2 · (−1) m usin
(uπ) / {π (u 2 −m 2 )}

【数11】 ここで、bm=2・(−1)mmsin(uπ)/{π(u2−m2)}[Equation 11] Here, b m = 2 · (−1) m msin (uπ) / {π (u 2 −m 2 )}

【数12】u=−(dfs/c)sinθ[Equation 12] u =-(df s / c) sin θ

【0051】ここで、数9における関数Rc(F1)は数1
0で表され、関数Rs(F1)は数11で表される。また数
10、数11におけるuは数12で表される定数であ
る。また、数11におけるcmはm=0を中心とする、長
さ2L+1の適当な窓関数である(方形窓を除く)。ここ
で、回転角は、tan-1(−u)で表される。以上の周波数
特性の回転方法は、公知の方法であり、従来技術文献4
「長谷川他,“スペクトル変換に基づく通過域可変2D
FIRファンフィルタ”電子情報通信学会技術研究報告
CAS89−158」に詳しく述べられている。
Here, the function R c (F 1 ) in the equation 9 is the equation 1
0, and the function R s (F 1 ) is expressed by Equation 11. Further, u in Expressions 10 and 11 is a constant represented by Expression 12. Further, the c m in number 11 centered at m = 0, a suitable window function of length 2L + 1 (except for rectangular window). Here, the rotation angle is represented by tan −1 (−u). The above-described rotation method of the frequency characteristic is a known method, and is described in the related art document 4
"Hasegawa et al.," Passband variable 2D based on spectrum conversion
The FIR fan filter is described in detail in "Technical Research Report CAS 89-158 of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers".

【0052】次に、回転した周波数特性をF2軸に沿っ
て平行移動する。平行移動量F2shif tは、次の数13で
与えられる。
Next, the rotated frequency characteristic is translated along the F 2 axis. The translation amount F 2shif t is given by the following equation 13.

【0053】[0053]

【数13】F2shift=(dfc/c)sinθ[ Equation 13] F 2 shift = (df c / c) sin θ

【0054】以上のように平行移動した周波数応答G
(F1,F2)は次の数14で表すことができる。
Frequency response G translated as described above
(F 1 , F 2 ) can be expressed by the following equation 14.

【0055】[0055]

【数14】 [Equation 14]

【0056】ここで、アンテナ素子数Nが偶数の場合
は、数14の右辺にさらにcos{π(F2−F2shift)}を
掛けることにより、次の数15で表される。
Here, when the number N of antenna elements is an even number, it is expressed by the following expression 15 by further multiplying the right side of expression 14 by cos {π (F 2 −F 2 shift )}.

【0057】[0057]

【数15】 (Equation 15)

【0058】次に、数14又は数15の周波数応答に基
づいてインパルス応答を求め、荷重係数wk,sを計算す
る。それにはまず、2のべき乗で表される適切な点数I
で、時間周波数F1と空間周波数F2とを2次元周波数平
面上で、それぞれ−0.5から0.5の間を等間隔に分
割する。それらの点上でそれぞれ、数14または数15
で表される周波数応答G(F1,F2)を求め、当該周波数
応答G(F1,F2)を逆離散(高速)フーリエ変換すると
インパルス応答g(m1,m2)が得られる。そして、以上
のように求めたインパルス応答g(m1,m2)を用いて、
荷重係数wk,sは次の数16で与えられる。ここで、m1
は時間に関する変数であり、m2は空間に関する変数で
ある。
Next, the impulse response is obtained based on the frequency response of the equation 14 or the equation 15, and the weight coefficient w k, s is calculated. To do so, first of all, an appropriate score I expressed as a power of 2
Then, the time frequency F 1 and the spatial frequency F 2 are equally divided on the two-dimensional frequency plane between −0.5 and 0.5. Number 14 or number 15 on those points, respectively
An impulse response g (m 1 , m 2 ) is obtained by obtaining a frequency response G (F 1 , F 2 ) represented by and performing an inverse discrete (fast) Fourier transform of the frequency response G (F 1 , F 2 ). . Then, using the impulse response g (m 1 , m 2 ) obtained as described above,
The weight coefficient w k, s is given by the following equation 16. Where m 1
Is a variable related to time, and m 2 is a variable related to space.

【0059】[0059]

【数16】 wk,s=g(s−(q−1)/2,−k+(N−1)/2+1) k=1,2,…,N;s=0,1,…,q−1W k, s = g (s− (q−1) / 2, −k + (N−1) / 2 + 1) k = 1,2, ..., N; s = 0,1, ..., q -1

【0060】ここで、m1,m2の範囲は−I/2からI
/2までに設定し、アンテナ素子数Nが偶数の場合は、
上式の(N−1)/2はN/2とする。時間方向(m1)に関
しては、g(m1,m2)をqの値に応じて途中で打ち切る
ことになる。以上の原理に基づいて、DBF回路6を、
上述の数7で示した図3(b)の矩形の所望通過域にお
いて近似的に振幅特性D(F1,F2)=1であり、当該所
望通過域の外部では近似的に振幅特性D(F1,F2)=0
である振幅特性を有する2次元ディジタルフィルタとし
て動作させることにより、所望信号の入射角θの方向に
広帯域のビームを形成することができる。
Here, the range of m 1 and m 2 is -I / 2 to I
/ 2 and the number of antenna elements N is an even number,
(N-1) / 2 in the above equation is N / 2. Regarding the time direction (m 1 ), g (m 1 , m 2 ) will be cut off midway according to the value of q. Based on the above principle, the DBF circuit 6 is
The amplitude characteristic D (F 1 , F 2 ) = 1 is approximately in the rectangular desired pass band of FIG. 3B shown by the above-mentioned equation 7, and the amplitude characteristic D is approximately outside the desired pass band. (F 1 , F 2 ) = 0
By operating as a two-dimensional digital filter having an amplitude characteristic, it is possible to form a broadband beam in the direction of the incident angle θ of the desired signal.

【0061】以上の原理に基づいてDBF処理を実行す
るために、第1の実施形態において、FIR型ディジタ
ルフィルタ係数演算器13は、ビームを形成するべき方
向である入射角θに基づいて、FIR型低域通過ディジ
タルフィルタの通過特性を2次元周波数平面上で回転さ
せた後平行移動することにより、2次元ディジタルフィ
ルタの周波数応答G(F1,F2)を演算して、当該周波
数応答G(F1,F2)を逆離散フーリエ変換することに
よりインパルス応答g(m1,m2)を演算して、さらに当
該インパルス応答g(m1,m2)に基づいて荷重係数wk,s
を演算する。そして、DBF回路6において、FIR型
ディジタルフィルタ9−1乃至9−Nはそれぞれ、荷重
係数wk,sに基づいて、入力されるディジタル同相・直
交信号xkをディジタル的にろ波して、ろ波後のディジ
タル同相・直交信号xkを出力し、加算器10は複数N
個のろ波後のディジタル同相・直交信号xkを加算して
出力する。これによって、DBF回路6は、上述の振幅
特性D(F1,F2)を有する2次元ディジタルフィルタと
して動作するので、所望信号の入射角θが与えられてい
るとき、その方向に広帯域のビームを形成することがで
き、当該広帯域のビームに対応した広帯域の所望信号で
ある出力信号z(m)を出力する。
In order to execute the DBF processing based on the above principle, in the first embodiment, the FIR type digital filter coefficient calculator 13 uses the FIR angle on the basis of the incident angle θ which is the direction in which the beam is to be formed. The frequency response G (F 1 , F 2 ) of the two-dimensional digital filter is calculated by rotating the pass characteristic of the low-pass type digital filter on the two-dimensional frequency plane and then translating the frequency response G (F 1 , F 2 ). The impulse response g (m 1 , m 2 ) is calculated by performing an inverse discrete Fourier transform on (F 1 , F 2 ), and the weighting factor w k, is calculated based on the impulse response g (m 1 , m 2 ) . s
Is calculated. Then, in the DBF circuit 6, each of the FIR digital filters 9-1 to 9-N digitally filters the input digital in-phase / quadrature signal x k based on the weighting coefficient w k, s , The digital in-phase / quadrature signal x k after filtering is output, and the adder 10 has a plurality of N
The filtered digital in-phase / quadrature signals x k are added and output. As a result, the DBF circuit 6 operates as a two-dimensional digital filter having the above-mentioned amplitude characteristic D (F 1 , F 2 ), so that when the incident angle θ of the desired signal is given, a wideband beam in that direction is obtained. Can be formed, and an output signal z (m) that is a desired signal of a wide band corresponding to the wide band beam is output.

【0062】以上、詳述した第1の実施形態のディジタ
ルビーム形成装置においては、広帯域の伝搬波信号であ
る所望信号は、広帯域の干渉信号とともにN個のアンテ
ナ素子1−1乃至1−Nで受信されて、アンテナ素子1
−1乃至1−Nで受信された受信信号はそれぞれ、A/
D変換器3−1乃至3−Nでディジタル信号に変換され
て、低域通過ディジタルフィルタ5−kによって低域ろ
波された後、各FIR型ディジタルフィルタ9−1乃至
9−Nによって、広帯域の所望信号を抽出し、所望信号
とは異なる入射角の広帯域の干渉信号を抑圧するように
演算された荷重係数wk,0、wk,1、…、wk,q-1に基づ
いてろ波された後合成されて、所望信号が抽出され、干
渉信号が抑圧された所望の出力信号z(m)がディジタ
ルビーム形成装置の出力信号として出力される。
In the digital beam forming apparatus according to the first embodiment described in detail above, the desired signal, which is a wideband propagation wave signal, is received by the N antenna elements 1-1 to 1-N together with the wideband interference signal. Antenna element 1 received
The received signals received at -1 to 1-N are respectively A /
The digital signals are converted into digital signals by the D converters 3-1 to 3-N, low-pass filtered by the low-pass digital filter 5-k, and then wide band by the FIR digital filters 9-1 to 9-N. , W k, q−1 are calculated based on the weighting factors w k, 0 , w k, 1 , ..., W k, q−1 calculated so as to suppress a wideband interference signal having an incident angle different from that of the desired signal. After being waved, they are combined to extract a desired signal, and a desired output signal z (m) in which an interference signal is suppressed is output as an output signal of the digital beam forming apparatus.

【0063】以上の第1の実施形態のディジタルビーム
形成装置において、FIR型ディジタルフィルタ係数演
算器13は、最適化手法を用いたり、連立方程式を解く
ことなく、周波数応答G(F1,F2)を計算して当該周
波数応答G(F1,F2)を逆フーリエ変換することによ
り荷重係数wk,sを演算しているので、高速に荷重係数
k,sを計算することができる。
In the digital beam forming apparatus according to the first embodiment described above, the FIR digital filter coefficient calculator 13 does not use the optimization method or solve the simultaneous equations, and the frequency response G (F 1 , F 2 ) Is calculated and the frequency response G (F 1 , F 2 ) is inverse-Fourier-transformed to calculate the weighting factor w k, s , so that the weighting factor w k, s can be calculated at high speed. .

【0064】以上の第1の実施形態において、DBF回
路6は、FIR型ディジタルフィルタ係数演算器13に
よって演算された荷重係数wk,sに基づいて入力される
ディジタル同相・直交信号xk(m)をろ波して出力す
るFIR型ディジタルフィルタ9−1乃至9−Nと加算
器10とを備えているので、上述の振幅特性D(F1,
2)を有する2次元ディジタルフィルタとして動作す
る。これによって、DBF回路6は、所望信号の入射角
θの方向に広帯域のビームを形成することができ、当該
広帯域のビームに対応した広帯域の所望信号である出力
信号z(m)を出力することができる。
In the first embodiment described above, the DBF circuit 6 receives the digital in-phase / quadrature signal x k (m) which is input based on the weighting coefficient w k, s calculated by the FIR digital filter coefficient calculator 13. ) Is provided and FIR digital filters 9-1 to 9-N and the adder 10 are provided. Therefore, the amplitude characteristic D (F 1 ,
It operates as a two-dimensional digital filter having F 2 ). As a result, the DBF circuit 6 can form a wideband beam in the direction of the incident angle θ of the desired signal and output an output signal z (m) that is a wideband desired signal corresponding to the wideband beam. You can

【0065】以上の第1の実施形態のディジタルビーム
形成装置は、上述のDBF回路6とFIR型ディジタル
フィルタ係数演算器13とを備えているので、電波であ
る搬送波を用いた情報伝送において、電波である所望信
号の到来方向に広帯域のビームを形成することができ、
当該広帯域のビームに対応する広帯域の所望信号を受信
して、ベースバンド信号である所望の出力信号z(m)
を出力することができる。
The digital beam forming apparatus according to the first embodiment described above includes the DBF circuit 6 and the FIR type digital filter coefficient calculator 13 described above. Therefore, in information transmission using a carrier wave, which is a radio wave, It is possible to form a broadband beam in the direction of arrival of the desired signal that is
A wideband desired signal corresponding to the wideband beam is received, and a desired output signal z (m) that is a baseband signal is received.
Can be output.

【0066】以上の第1の実施形態のディジタルビーム
形成装置において、DBF回路6は、線形の位相特性を
有し、当該位相特性の傾きはタップ長qの値で決まる。
従って、後述する適応ディジタルビーム形成装置に適し
た広帯域マルチビームを形成するために本方法を用いる
場合は、各シングルビームDBF回路においてタップ長
qを揃えることにより、広帯域のマルチビームを形成す
ることができる。
In the digital beam forming apparatus according to the first embodiment described above, the DBF circuit 6 has a linear phase characteristic, and the slope of the phase characteristic is determined by the value of the tap length q.
Therefore, when the present method is used to form a wideband multibeam suitable for an adaptive digital beam forming apparatus described later, it is possible to form a wideband multibeam by aligning the tap length q in each single beam DBF circuit. it can.

【0067】<第2の実施形態>図6は本発明に係る第
2の実施形態の適応ディジタルビーム形成装置のブロッ
ク図である。以下、図6を参照して第2の実施形態の適
応ディジタルビーム形成装置について説明する。図6の
第2の実施形態の適応ディジタルビーム形成装置は、図
10の第2の従来例の適応ディジタルビーム形成装置に
おいて、信号変換器20に代えて、第1のマルチビーム
形成器7aと信号選択器8とを備えたことを特徴とす
る。
<Second Embodiment> FIG. 6 is a block diagram of an adaptive digital beam forming apparatus according to the second embodiment of the present invention. The adaptive digital beam forming apparatus according to the second embodiment will be described below with reference to FIG. The adaptive digital beam forming apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 6 is the same as the adaptive digital beam forming apparatus according to the second conventional example shown in FIG. 10, except that the signal converter 20 is replaced by a first multi-beam former 7a and a signal. And a selector 8.

【0068】以下、図6を参照して第2の実施形態の適
応ディジタルビーム形成装置について詳細に説明する。
ここで、図6の第2の実施形態において、図1の第1の
実施形態及び図10の第2の従来例と同様のものには同
様の符号を付して示している。第2の実施形態の適応デ
ィジタルビーム形成装置において、N個のアンテナ素子
1−kで受信された高周波信号はそれぞれ、第1の実施
形態の適応ディジタルビーム形成装置と同様に、受信機
2−kで中間周波信号に変換され、A/D変換器3−k
でそれぞれディジタル中間周波信号に変換される。そし
てこれらのディジタル中間周波信号は、ディジタル局部
発振器60で発振した周波数fIF のディジタル正弦波
とミキサー4−kでそれぞれ混合され、低域通過ディジ
タルフィルタ5−kにより高周波成分がカットされて、
低域通過ディジタルフィルタ5−kから複素数であるデ
ィジタル同相・直交信号x1(m)x2(m)、…、x
N(m)が出力されて、当該信号は第1のマルチビーム
形成器7aに入力される。
The adaptive digital beam forming apparatus according to the second embodiment will be described in detail below with reference to FIG.
Here, in the second embodiment of FIG. 6, the same components as those of the first embodiment of FIG. 1 and the second conventional example of FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. In the adaptive digital beam forming apparatus according to the second embodiment, the high frequency signals received by the N antenna elements 1-k are respectively received by the receiver 2-k similarly to the adaptive digital beam forming apparatus according to the first embodiment. Converted into an intermediate frequency signal by the A / D converter 3-k
Are converted into digital intermediate frequency signals respectively. Then, these digital intermediate frequency signals are respectively mixed with the digital sine wave of the frequency f IF oscillated by the digital local oscillator 60 by the mixer 4-k, and the high frequency component is cut by the low pass digital filter 5-k,
Complex low-pass digital filter 5-k digital in-phase / quadrature signal x 1 (m) x 2 (m), ..., x
N (m) is output and the signal is input to the first multi-beam former 7a.

【0069】第1のマルチビーム形成器7aは、FIR
型ディジタルフィルタ7−1−1乃至7−B−Nと加算
器10−1乃至10−Bとを備えた、一種の空間フィル
タバンクである。ここで、ディジタル同相・直交信号x
1(m)は、FIR型ディジタルフィルタ7−1−1,
7−2−1,7−3−1,…,7−B−1に入力され、
ディジタル同相・直交信号x2(m)は、FIR型ディ
ジタルフィルタ7−1−2,7−2−2,7−3−2,
…,7−B−2に入力され、以下同様にディジタル同相
・直交信号xk(m)(k=3,4,…,N)は、FI
R型ディジタルフィルタ7−1−k,7−2−k,7−
3−k,…,7−B−kに入力される。
The first multi-beam former 7a is a FIR
Is a kind of spatial filter bank provided with digital filters 7-1-1 to 7-BN and adders 10-1 to 10-B. Here, the digital in-phase / quadrature signal x
1 (m) is the FIR type digital filter 7-1-1,
7-2-1, 7-3-1, ..., 7-B-1,
The digital in-phase / quadrature signal x 2 (m) is transmitted to the FIR digital filters 7-1-2, 7-2-2, 7-3-2,
, 7-B-2, and the digital in-phase / quadrature signal x k (m) (k = 3, 4, ..., N) is input to FI.
R type digital filter 7-1-k, 7-2-k, 7-
3-k, ..., 7-B-k.

【0070】さらに詳細に説明すると、FIR型ディジ
タルフィルタ7−1−k(k=1,2,…,N)はそれ
ぞれ、入力されるディジタル同相・直交信号xk(m)
を所定の係数に基づいてディジタル的にろ波して加算器
10−1に出力する。そして、加算器10−1はろ波後
の各ディジタル同相・直交信号xk(m)を加算して、
加算後の信号y1(m)を信号選択器8に出力する。こ
こで、FIR型ディジタルフィルタ7−1−kの各フィ
ルタ係数である荷重係数は、第1の実施形態のFIR型
ディジタルフィルタ係数演算器13と同様の方法を用い
て、所定の方向に広帯域のビームを形成して当該ビーム
の方向から入射される広帯域の信号に対応する信号y1
(m)に出力するように設定する。しかしながら、本発
明では、FIR型ディジタルフィルタ7−1−kの各荷
重係数は、他の方法を用いて、所定の方向に広帯域のビ
ームを形成して当該ビームの方向から入射される広帯域
の信号に対応する信号y1(m)に出力するように設定
してもよい。
More specifically, each of the FIR digital filters 7-1-k (k = 1, 2, ..., N) receives an input digital in-phase / quadrature signal x k (m).
Is digitally filtered based on a predetermined coefficient and output to the adder 10-1. Then, the adder 10-1 adds each digital in-phase / quadrature signal x k (m) after filtering,
The signal y 1 (m) after addition is output to the signal selector 8. Here, the weighting coefficient which is each filter coefficient of the FIR type digital filter 7-1-k uses a method similar to that of the FIR type digital filter coefficient calculator 13 of the first embodiment, and a weighting factor of a wide band in a predetermined direction is obtained. A signal y 1 corresponding to a broadband signal that forms a beam and is incident from the direction of the beam
Set to output to (m). However, in the present invention, each weighting factor of the FIR digital filter 7-1-k uses another method to form a broadband beam in a predetermined direction, and a broadband signal incident from the direction of the beam is formed. May be set to output to the signal y 1 (m) corresponding to.

【0071】また、FIR型ディジタルフィルタ7−2
−kはそれぞれ、入力されるディジタル同相・直交信号
k(m)を所定の係数に基づいてディジタル的にろ波
して加算器10−2に出力する。そして、加算器10−
2はろ波後の各ディジタル同相・直交信号xk(m)を
加算して、加算後の信号y2(m)を信号選択器8に出
力する。ここで、FIR型ディジタルフィルタ7−2−
kの各係数は、所定の方向に広帯域のビームを形成して
当該ビームの方向から入射される広帯域の信号に対応す
る信号y2(m)を出力するように設定される。以下同
様にして、FIR型ディジタルフィルタ7−b−kはそ
れぞれ、ろ波後のディジタル同相・直交信号xk(m)
を出力し、加算器10−b(b=3,4,…,B)はそ
れぞれ、所定のビームに対応した信号yb(m)を信号
選択器8に出力する。ここで、第1のマルチビーム形成
器7aによって形成される上述の各ビームの位相特性を
揃え、かつ、無ひずみ伝送を実現するためには、FIR
型ディジタルフィルタ7−1−1乃至7−B−Nは周波
数に関して同一の線形位相特性である必要がある。この
ような特性を有するFIR型ディジタルフィルタとして
は、直接形構成、縦続形構成、ラティス形構成などが考
えられ、第2の実施形態ではいずれの構成でもよい。
Further, the FIR type digital filter 7-2
Each −k digitally filters the input digital in-phase / quadrature signal x k (m) based on a predetermined coefficient and outputs the result to the adder 10-2. Then, the adder 10-
2 adds the digital in-phase / quadrature signals x k (m) after filtering and outputs the added signal y 2 (m) to the signal selector 8. Here, the FIR type digital filter 7-2-
Each coefficient of k is set so as to form a wide band beam in a predetermined direction and output a signal y 2 (m) corresponding to a wide band signal incident from the beam direction. In the same manner, the FIR digital filters 7-b-k respectively output digital in-phase / quadrature signals x k (m) after filtering.
, And each of the adders 10-b (b = 3, 4, ..., B) outputs a signal y b (m) corresponding to a predetermined beam to the signal selector 8. Here, in order to make the phase characteristics of the above-mentioned beams formed by the first multi-beam former 7a uniform and to realize distortion-free transmission, the FIR
The type digital filters 7-1-1 to 7-BN need to have the same linear phase characteristic with respect to frequency. As the FIR digital filter having such characteristics, a direct type configuration, a cascade type configuration, a lattice type configuration, and the like can be considered, and any configuration may be used in the second embodiment.

【0072】信号選択器8は、第1のマルチビーム形成
器7aから出力される複数B個の信号y1(m),y
2(m),…,yB(m)からM個の信号を選択して、選
択した信号yn1(m),yn2(m),…,yn
M(m)をそれぞれ、乗算器12−1乃至12−Mに出
力する。ここで、信号選択器8における選択の方法は、
第2の実施形態では、電力の大きい順にM個の信号を選
択するように構成した。しかしながら本発明はこれに限
らず、所定のしきい値以上の電力を有する信号を選択す
る等、他の方法を用いてもよい。また、選択する信号の
数Mは、ビーム数B以下の整数であって、アンテナ素子
数Nや想定する干渉波の数に応じて決定されるが、好ま
しくは、アンテナ素子数Nの半分から1/4程度に設定
される。
The signal selector 8 outputs a plurality of B signals y 1 (m), y output from the first multi-beam former 7a.
2 (m), ..., and selects M signals from y B (m), the selected signal yn 1 (m), yn 2 (m), ..., yn
It outputs M (m) to the multipliers 12-1 to 12-M, respectively. Here, the selection method in the signal selector 8 is as follows.
In the second embodiment, M signals are selected in descending order of power. However, the present invention is not limited to this, and another method such as selecting a signal having power equal to or higher than a predetermined threshold may be used. Further, the number M of signals to be selected is an integer equal to or less than the number of beams B and is determined according to the number of antenna elements N and the number of expected interference waves, but preferably from half the number of antenna elements N to 1 It is set to about / 4.

【0073】乗算器12−1乃至12−Mの各荷重係数
wB1(m)、wB2(m)、…、wBM(m)は、適応
ディジタルビーム形成装置の出力において、所望信号を
抽出して干渉信号を抑圧するように、第1の係数制御器
11aで適応的に制御する。制御すべき荷重係数の数は
M個である。これらの各荷重係数wB1(m)、wB
2(m)、…、wBM(m)は一般に複素数である。乗算
器12−1乃至12−Mの出力信号を加算器10で加算
して、干渉信号が抑圧された、所望の到来信号である出
力信号z(m)を出力する。
[0073] The multiplier 12-1 to 12-M each weighting factor wB 1 of (m), wB 2 (m ), ..., wB M (m) at the output of the adaptive digital beam forming apparatus, extracts a desired signal Then, the first coefficient controller 11a adaptively controls so as to suppress the interference signal. The number of weighting factors to be controlled is M. Each of these load factors wB 1 (m), wB
2 (m), ..., wB M (m) are generally complex numbers. The output signals of the multipliers 12-1 to 12-M are added by the adder 10 and the output signal z (m) which is the desired arrival signal in which the interference signal is suppressed is output.

【0074】ここで、第2の実施形態の適応ディジタル
ビーム形成装置において、第1の係数制御器11aは、
以下に説明する処理を実行して、出力信号z(m)の包
絡線を一定に保つような荷重係数wB1(m)、wB
2(m)、…、wBM(m)を演算する。このように、出
力信号z(m)の包絡線を一定に保つように荷重係数w
1(m)、wB2(m)、…、wBM(m)を演算する
処理はCMA処理と呼ばれ、当該CMA処理は、例え
ば、FM信号、FSK信号、PSK信号などに対して有
効であり、参照信号を必要としないという利点がある。
Here, in the adaptive digital beam forming apparatus of the second embodiment, the first coefficient controller 11a is
The weighting factors wB 1 (m) and wB that keep the envelope of the output signal z (m) constant by executing the processing described below.
2 (m), ..., and calculates a wB M (m). In this way, the weighting factor w is set so that the envelope of the output signal z (m) is kept constant.
B 1 (m), wB 2 (m), ..., the processing for calculating the wB M (m) is called the CMA processors, the CMA treatment, for example, FM signals, FSK signals, effective for such PSK signal Therefore, there is an advantage that a reference signal is not required.

【0075】まず、荷重係数wB1(m)、wB
2(m)、…、wBM(m)を演算するための評価関数J
を数17のように定義し、時刻mにおける信号ベクトル
Y(m)と荷重係数wB1(m)、wB2(m)、…、w
M(m)からなるベクトルW(m)をそれぞれ数1
8、数19のように定義する。
First, the load factors wB 1 (m), wB
2 (m), ..., the evaluation function J for calculating the wB M (m)
Is defined as Equation 17, and the signal vector Y (m) at time m and the weighting factors wB 1 (m), wB 2 (m), ..., W
The vector W (m) consisting of B M (m) is calculated as
8 is defined as in Expression 19.

【0076】[0076]

【数17】J=(1/4)E[│z(m)│2−σ2][Equation 17] J = (1/4) E [│z (m) │ 2 −σ 2 ]

【数18】 Y(m)=[yn1(m),yn2(m),…,ynM(m)]T Y (m) = [yn 1 (m), yn 2 (m), ..., yn M (m)] T

【数19】 W(m)=[wB1(m),wB2(m),…,wBM(m)]T W (m) = [wB 1 (m), wB 2 (m), ..., wB M (m)] T

【0077】ここで、数17において、E[・]は期待値
であり、σは所望の包絡線の値である。また、数18と
数19において、[・]Tは転置行列を表す。数17の評
価関数Jを最小にするベクトルを解析的に求めることは
できない。そこで、勾配法を用いて係数ベクトルW
(m)を逐次的に更新していく。この場合の係数ベクト
ルW(m)の更新式は次の数20で表すことができる。
また、出力信号z(m)は数21で表される。
Here, in Expression 17, E [·] is an expected value and σ is a desired envelope value. Further, in Expressions 18 and 19, [·] T represents a transposed matrix. A vector that minimizes the evaluation function J of Expression 17 cannot be analytically obtained. Therefore, using the gradient method, the coefficient vector W
(M) is updated sequentially. The updating equation of the coefficient vector W (m) in this case can be expressed by the following Expression 20.
Further, the output signal z (m) is expressed by Expression 21.

【0078】[0078]

【数20】W(m+1)=W(m)−μ[{│z(m)│2
σ2}z(m)Y*(m)]
(20) W (m + 1) = W (m) −μ [{│z (m) │ 2
σ 2 } z (m) Y * (m)]

【数21】z(m)=WT(m)Y(m)Equation 21] z (m) = W T ( m) Y (m)

【0079】数20で、μは適当な正の定数であり、μ
は係数ベクトルW(m)が収束するように設定する。ま
た、*は複素共役を表す。係数ベクトルW(m)の初期
値W(0)は、信号選択器8の出力信号のうち、電力が最
大の信号が入力される乗算器12の荷重係数を0以外の
適当な値に設定し、その他の係数を0とする。
In Expression 20, μ is an appropriate positive constant, and μ
Is set so that the coefficient vector W (m) converges. Also, * represents a complex conjugate. The initial value W (0) of the coefficient vector W (m) is set to an appropriate value other than 0 for the weighting factor of the multiplier 12 to which the signal with the maximum power of the output signal of the signal selector 8 is input. , And other coefficients are set to 0.

【0080】このように数20に従って、乗算器12−
1乃至12−Mの荷重係数を更新すれば、所望の受信信
号の包絡線が一定であるFM信号、FSK信号、PSK
信号などの場合、干渉信号は抑圧され、所望信号が抽出
される。このとき、所望信号の入射方向には広帯域のビ
ームを形成し、干渉信号の入射方向には広帯域のヌルを
形成していることになる。この方法では信号の種類は限
られるが、信号の入射方向に関する事前知識を必要とせ
ず、拘束条件付き係数演算方法より実用的であるので、
第2の実施形態では数20に従って荷重係数を更新する
ように構成している。
Thus, the multiplier 12-
If the weighting factors of 1 to 12-M are updated, the FM signal, the FSK signal, and the PSK in which the envelope of the desired reception signal is constant
In the case of a signal or the like, the interference signal is suppressed and the desired signal is extracted. At this time, a wideband beam is formed in the incident direction of the desired signal, and a wideband null is formed in the incident direction of the interference signal. Although this method limits the types of signals, it does not require prior knowledge about the incident direction of the signal and is more practical than the coefficient calculation method with constraint conditions.
In the second embodiment, the load coefficient is updated according to the equation (20).

【0081】次に、第2の実施形態の適応ディジタルビ
ーム形成装置の動作を確認するために行ったシミュレー
ションの結果について説明する。図7は、当該シミュレ
ーションの結果であるアレーアンテナ100の放射パタ
ーンを示すグラフである。図7のグラフは、ビームの放
射方向を示す角度に対する相対電力で示している。ここ
で、ビームの放射方向を示す角度は、アンテナ素子1−
1乃至1−Nが並置されたラインの垂線に対する角度で
表し、縦軸の相対電力は主ビームの電力を基準として規
格化して示している。また、図7のグラフには、周波数
fを搬送波周波数fcに設定した場合と、周波数f=
0.95fcに設定した場合と、周波数f=1.05fc
に設定した場合の、3つの場合についてシミュレーショ
ンをして、それぞれの場合について示している。
Next, the result of the simulation performed to confirm the operation of the adaptive digital beam forming apparatus according to the second embodiment will be described. FIG. 7 is a graph showing a radiation pattern of the array antenna 100 which is the result of the simulation. The graph of FIG. 7 shows the relative power with respect to the angle indicating the beam emission direction. Here, the angle indicating the radiation direction of the beam is the antenna element 1-
1 to 1-N are represented by an angle with respect to a vertical line of juxtaposed lines, and the relative power on the vertical axis is shown by standardizing the power of the main beam. In the graph of FIG. 7, the frequency f is set to the carrier frequency f c and the frequency f =
And when set to 0.95f c, the frequency f = 1.05f c
The simulation is performed for three cases in which the above setting is made, and the respective cases are shown.

【0082】図7のグラフから明らかなように、上述の
周波数f=fcの場合、周波数f=0.95fcの場合及
び周波数f=1.05fcの場合のいずれの場合におい
ても、所望信号の到来方向である40度の方向に主ビー
ムを形成することができ、干渉信号の到来方向の60度
の方向にヌルを形成することができる。すなわち、所望
信号の入射方向に、搬送波周波数fcに対して10%の
帯域を有する比較的広帯域のビームを形成することがで
き、干渉信号の入射方向には搬送波周波数fcに対して
10%の帯域を有する比較的広帯域のヌルを形成するこ
とができることを示している。すなわち、第2の実施形
態の適応ディジタルビームフォーミング装置によれば、
比較的広帯域の所望の信号を抽出することができ、比較
的広帯域の干渉信号を抑圧することができることを示し
ている。
As is clear from the graph of FIG. 7, in both the case of the frequency f = f c , the case of the frequency f = 0.95f c and the case of the frequency f = 1.05f c , the desired value is obtained. The main beam can be formed in the direction of 40 degrees which is the arrival direction of the signal, and the null can be formed in the direction of 60 degrees of the arrival direction of the interference signal. That is, a beam having a relatively wide band having a band of 10% with respect to the carrier frequency f c can be formed in the incident direction of the desired signal, and 10% with respect to the carrier frequency f c in the incident direction of the interference signal. It is shown that it is possible to form a relatively wide band null having a band of. That is, according to the adaptive digital beamforming apparatus of the second embodiment,
It is shown that a desired signal in a relatively wide band can be extracted and an interference signal in a relatively wide band can be suppressed.

【0083】以上のように構成したビームスペース形構
成の第2の実施形態の適応ディジタルビーム形成装置
は、マルチビーム形成処理の演算が必要になるが、図9
に示した第1の従来例のエレメントスペース形構成の広
帯域用の適応ビーム形成装置に比べて制御すべき荷重係
数の数は極めて少なくできる。これによって、荷重係数
の制御に要する演算量やハードウェアの量が非常に少な
くできるので有利である。
The adaptive digital beam forming apparatus of the second embodiment having the beam space type structure configured as described above requires calculation of multi-beam forming processing.
The number of weighting factors to be controlled can be extremely reduced as compared with the adaptive beam forming apparatus for wide band having the element space type configuration of the first conventional example shown in FIG. This is advantageous because the amount of calculation and the amount of hardware required to control the weighting factor can be greatly reduced.

【0084】また、以上の第2の実施形態の適応ディジ
タルビーム形成装置は、信号の入射方向に関する事前知
識を全く必要としないで広帯域のビームを形成すること
ができ、かつマルチビーム処理そのものを線形なものに
できる。すなわち、第2の従来例の適応ディジタルビー
ム形成装置に比較して上述の点で優れている。
Further, the adaptive digital beam forming apparatus of the second embodiment described above can form a wide band beam without requiring any prior knowledge about the incident direction of the signal, and the multi-beam processing itself can be performed linearly. It can be anything. That is, it is superior to the adaptive digital beam forming apparatus of the second conventional example in the above points.

【0085】<第3の実施形態>図8は本発明に係る第
3の実施形態の適応ディジタルビーム形成装置のブロッ
ク図である。以下、図8を参照して第3の実施形態の適
応ディジタルビーム形成装置について説明する。
<Third Embodiment> FIG. 8 is a block diagram of an adaptive digital beam forming apparatus according to the third embodiment of the present invention. The adaptive digital beam forming apparatus according to the third embodiment will be described below with reference to FIG.

【0086】図8の第3の実施形態の適応ディジタルビ
ーム形成装置は、図6の第2の実施形態の適応ディジタ
ルビーム形成装置において、第1のマルチビーム形成器
7aに代えて、第3のマルチビーム形成器7cを備えた
ことを特徴する。ここで、第3のマルチビーム形成器7
cは、第2のマルチビーム形成器7bと複数(B×2)
個のFIR型ディジタルフィルタ7c−1−1乃至7c
−B−2と加算器10−1乃至10−Bとからなる。図
8の第3の実施形態において、図6の第2の実施形態と
同様のものには同様の符号を付して示している。
The adaptive digital beam forming apparatus according to the third embodiment shown in FIG. 8 is the same as the adaptive digital beam forming apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 6, instead of the first multi-beam former 7a. The multi-beam former 7c is provided. Here, the third multi-beam former 7
c is a plurality of second multi-beam formers 7b (B × 2)
FIR digital filters 7c-1-1 to 7c
-B-2 and adders 10-1 to 10-B. In the third embodiment of FIG. 8, the same components as those of the second embodiment of FIG. 6 are designated by the same reference numerals.

【0087】第3の実施形態の適応ディジタルビーム形
成装置において、N個のアンテナ素子1−kで受信され
た高周波信号はそれぞれ、第1及び第2の実施形態の適
応ディジタルビーム形成装置と同様に、受信機2−kで
中間周波信号に変換され、A/D変換器3−kでそれぞ
れディジタル中間周波信号に変換される。そして、これ
らのディジタル中間周波信号は、ディジタル局部発振器
60で発振した周波数fIF のディジタル正弦波とミキ
サー4−kでそれぞれ混合され、低域通過ディジタルフ
ィルタ5−kにより高周波成分がカットされて、低域通
過ディジタルフィルタ5−kから複素数であるディジタ
ル同相・直交信号x1(m)x2(m)、…、xN(m)が出
力されて、当該信号は第3のマルチビーム形成器7cに
入力される。
In the adaptive digital beam forming apparatus of the third embodiment, the high frequency signals received by the N antenna elements 1-k are the same as those of the adaptive digital beam forming apparatus of the first and second embodiments, respectively. , Are converted into intermediate frequency signals by the receiver 2-k, and converted into digital intermediate frequency signals by the A / D converter 3-k. Then, these digital intermediate frequency signals are respectively mixed with the digital sine wave of the frequency f IF oscillated by the digital local oscillator 60 by the mixer 4-k, and the high frequency component is cut by the low pass digital filter 5-k, A low-pass digital filter 5-k outputs a complex digital in-phase / quadrature signal x 1 (m) x 2 (m), ..., X N (m), and the signal is a third multi-beam former. 7c is input.

【0088】図8の適応ディジタルビーム形成装置の第
3のマルチビーム形成器7cについて、図11を参照し
て詳細に説明する。当該第3のマルチビーム形成器7c
において、第2のマルチビーム形成器7bは、図11に
示すように、複数(B×N)個の荷重係数器71−1−
1乃至71−B−Nと複数B個の加算器72−1乃至7
2−Bとからなる。そして、第2のマルチビーム形成器
7bにおいて、ディジタル同相・直交信号x1(m)は
荷重係数器71−1−1乃至71−B−1に入力され、
ディジタル同相・直交信号x2(m)は荷重係数器71
−1−2乃至71−B−2に入力される。同様に、ディ
ジタル同相・直交信号xk(m)(k=3,4,…,
N)は荷重係数器71−1−k乃至71−B−kに入力
される。図11に示すように、荷重係数器71−1−k
(k=1,2,…,N)は、入力されるディジタル同相
・直交信号xk(m)と荷重係数α1kとを乗算して、乗
算結果xk(m)・α1kを加算器72−1に出力する。
加算器72−1は、各荷重係数器71−1−kから入力
される複数N個の乗算結果xk(m)・α1kを加算し
て、加算結果である信号y1(m)をFIR型ディジタ
ルフィルタ7c−1−1とFIR型ディジタルフィルタ
7c−B−2とに出力する。ここで、各荷重係数器71
−1−kにおける各荷重係数α1kは、所定の方向にビー
ムを形成して当該ビームに対応する信号y1(m)が加
算器72−1から出力されるように、予め所定の値に設
定されている。
The third multi-beam former 7c of the adaptive digital beam former of FIG. 8 will be described in detail with reference to FIG. The third multi-beam former 7c
In FIG. 11, the second multi-beam former 7b includes a plurality of (B × N) weight coefficient units 71-1−, as shown in FIG.
1 to 71-BN and a plurality of B adders 72-1 to 7
2-B. Then, in the second multi-beam former 7b, the digital in-phase / quadrature signal x 1 (m) is input to the weight coefficient units 71-1-1 to 71-B-1,
The digital in-phase / quadrature signal x 2 (m) is applied to the weight coefficient unit 71.
-1-2 to 71-B-2. Similarly, the digital in-phase / quadrature signal x k (m) (k = 3, 4, ...,
N) is input to the load coefficient units 71-1-k to 71-B-k. As shown in FIG. 11, the load coefficient unit 71-1-k
(K = 1, 2, ..., N) multiplies the input digital in-phase / quadrature signal x k (m) by the weighting coefficient α 1k, and adds the multiplication result x k (m) · α 1k to the adder. 72-1 is output.
The adder 72-1 adds a plurality of N multiplication results x k (m) · α 1k input from each weighting coefficient unit 71-1 -k, and outputs a signal y 1 (m) as the addition result. It outputs to the FIR type digital filter 7c-1-1 and the FIR type digital filter 7c-B-2. Here, each load coefficient unit 71
Each weighting factor α 1k in -1-k is set to a predetermined value in advance so that a beam is formed in a predetermined direction and a signal y 1 (m) corresponding to the beam is output from the adder 72-1. It is set.

【0089】また、荷重係数器71−2−kは、入力さ
れるディジタル同相・直交信号xk(m)と荷重係数α
2kとを乗算して、乗算結果xk(m)・α2kを加算器7
2−2に出力する。加算器72−2は、各荷重係数器7
1−2−kから入力される複数N個の乗算結果x
k(m)・α2kを加算して、加算結果である信号y
2(m)をFIR型ディジタルフィルタ7c−1−2と
FIR型ディジタルフィルタ7c−2−1に出力する。
ここで、各荷重係数器71−2−kにおける荷重係数α
2kは、所定の方向にビームを形成して当該ビームに対応
する信号y2(m)が加算器72−1から出力されるよ
うに、予め所定の値に設定されている。
Further, the weight coefficient unit 71-2-k receives the input digital in-phase / quadrature signal x k (m) and the weight coefficient α.
2k is multiplied and the multiplication result x k (m) · α 2k is added by the adder 7
Output to 2-2. The adder 72-2 is used for each load coefficient unit 7
Multiple N multiplication results x input from 1-2k
The signal y, which is the addition result, is obtained by adding k (m) · α 2k.
2 (m) is output to the FIR type digital filter 7c-1-2 and the FIR type digital filter 7c-2-1.
Here, the load coefficient α in each load coefficient unit 71-2-k
2k is set in advance to a predetermined value so that a beam is formed in a predetermined direction and a signal y 2 (m) corresponding to the beam is output from the adder 72-1.

【0090】また、荷重係数器71−b−k(b=3,
4,…,B)は、同様に、入力されるディジタル同相・
直交信号xk(m)と荷重係数αbkとを乗算して、乗算
結果xk(m)・αbkを加算器72−bに出力する。加
算器72−bは、各荷重係数器71−b−kから入力さ
れる複数N個の乗算結果xk(m)・αbkを加算して、
加算結果である信号yb(m)をFIR型ディジタルフ
ィルタ7c−(b−1)−2とFIR型ディジタルフィ
ルタ7c−b−1とに出力する。ここで、各荷重係数器
71−b−kにおける各荷重係数αbkは、所定の方向に
各ビームを形成して当該ビームに対応する信号y
b(m)が各加算器72−bから出力されるように、予
め所定の値に設定されている。上述のように構成された
第2のマルチビーム形成器7bは、予め設定された複数
B個の異なる方向にそれぞれビームを形成して、当該ビ
ームに対応する複数B個の信号yb(m)(b=1,
2,…,B)を出力する。
Further, the load coefficient unit 71-b-k (b = 3,
4, ..., B) are similarly input digital in-phase /
The quadrature signal x k (m) is multiplied by the weighting factor α bk, and the multiplication result x k (m) · α bk is output to the adder 72-b. The adder 72-b adds a plurality of N multiplication results x k (m) · α bk input from each load coefficient unit 71-b-k,
The signal y b (m) which is the addition result is output to the FIR digital filter 7c- (b-1) -2 and the FIR digital filter 7c-b-1. Here, each weighting factor α bk in each weighting factor unit 71-b-k forms each beam in a predetermined direction and outputs a signal y corresponding to the beam.
It is preset to a predetermined value so that b (m) is output from each adder 72-b. The second multi-beam former 7b configured as described above forms a beam in each of a plurality of B different preset directions, and a plurality of B signals y b (m) corresponding to the beam. (B = 1,
2, ..., B) are output.

【0091】ここで、第2のマルチビーム形成器7bか
ら出力される複数B個の信号y1(m)、y2(m)、
…、yB(m)は、荷重係数αbkを用いて次の数22で
表すことができる。この数22は、高速フーリエ変換
(FFT)を用いて第2のマルチビーム形成器7bを構
成した場合においても成り立つ。ただし、この場合はア
ンテナ素子数N=ビーム数Bに設定される。
Here, a plurality of B signals y 1 (m), y 2 (m), output from the second multi-beam former 7b,
, Y B (m) can be expressed by the following formula 22 using the weighting factor α bk . This number 22 holds even when the second multi-beam former 7b is configured by using the fast Fourier transform (FFT). However, in this case, the number of antenna elements N is set to the number of beams B.

【0092】[0092]

【数22】 (Equation 22)

【0093】さらに、第2のマルチビーム形成器7bを
用いてビームを形成をしたときの当該ビームの放射電力
強度Hb(f,θ)は、次の数23で表すことができる。
Further, the radiation power intensity H b (f, θ) of the beam when the beam is formed by using the second multi-beam former 7b can be expressed by the following equation 23.

【0094】[0094]

【数23】 (Equation 23)

【0095】ここで、数23において、bはビーム番号
であり、dは隣接するアンテナ素子1−kの素子間隔で
あり、等間隔のリニアアレーを想定している。また、f
cは搬送波周波数であり、λcは搬送波の波長である。ま
た、θは所望信号の入射角であり、アンテナ素子1−k
が並置されたラインの垂線と所望信号の入射する方向と
の角度で定義される。ここで、第2のマルチビーム形成
器7bを高速フーリエ変換(FFT)を用いて構成した
場合について考えると、荷重係数αbkは次の数24で表
すことができる。
In Equation 23, b is the beam number, d is the element spacing between adjacent antenna elements 1-k, and a linear array with equal spacing is assumed. Also, f
c is the carrier frequency and λ c is the wavelength of the carrier. Further, θ is the incident angle of the desired signal, and the antenna element 1-k
Is defined by the angle between the perpendicular of the juxtaposed lines and the incident direction of the desired signal. Here, considering the case where the second multi-beam former 7b is configured by using the fast Fourier transform (FFT), the weighting factor α bk can be expressed by the following equation 24.

【0096】[0096]

【数24】αbk=(1/B)・exp{j2π(b−1)(k−1)/
B},k=1,2,3,…,N
Α bk = (1 / B) · exp {j2π (b-1) (k-1) /
B}, k = 1, 2, 3, ..., N

【0097】数24におけるb=1は入射角θ=0°の
ビームに対応する。数23の入射角θに0°を代入する
と、数23で表される放射電力強度H1(f,θ)は周波数
fに依存しない定数になる。従って、入射角θ=0°で
入射された広帯域信号はそのまま受信される。しかし、
b=1以外のビームの放射電力強度Hb(f,θ)は周波数
fに依存し、搬送波周波数fcから離れた周波数を有す
る信号の受信電力は減衰する。すなわち、入射角θ=0
°でない方向から入射される信号に対して、第2のマル
チビーム形成器7bは、一種の帯域通過フィルタとして
動作をするので、当該帯域通過フィルタの通過帯域に比
べて広い周波数範囲を有する広帯域信号のうち、搬送波
周波数fcから離れた周波数を有する通過帯域外の信号
を減衰させて、狭帯域信号として出力する。ここで、当
該帯域通過フィルタの通過帯域は、入射角θに対応して
決定される。このように、荷重係数αbkを周波数に依存
しない値として予め設定された荷重係数器71−b−k
を用いて構成された第2のマルチビーム形成器7bは、
入射角θ=0°ではない方向から入射される信号に対し
て一種の帯域通過フィルタとして動作をするので、所望
の信号が広帯域である第3の実施形態では、それぞれ当
該所望信号に比べて狭帯域の複数B個のビーム受信信号
である信号y1(m)、y2(m)、…、yN(m)を出
力する。
In Expression 24, b = 1 corresponds to a beam having an incident angle θ = 0 °. When 0 ° is substituted for the incident angle θ of the equation 23, the radiated power intensity H 1 (f, θ) represented by the equation 23 becomes a constant that does not depend on the frequency f. Therefore, the broadband signal incident at the incident angle θ = 0 ° is received as it is. But,
The radiation power intensity H b (f, θ) of beams other than b = 1 depends on the frequency f, and the reception power of a signal having a frequency apart from the carrier frequency f c is attenuated. That is, the incident angle θ = 0
Since the second multi-beam former 7b operates as a kind of band pass filter for a signal incident from a direction other than °, a wide band signal having a wider frequency range than the pass band of the band pass filter. Among them, a signal outside the pass band having a frequency away from the carrier frequency f c is attenuated and output as a narrow band signal. Here, the pass band of the band pass filter is determined corresponding to the incident angle θ. In this way, the load coefficient unit 71-b-k preset with the load coefficient α bk as a value that does not depend on frequency is set.
The second multi-beam former 7b configured using
Since it operates as a kind of band pass filter for a signal incident from a direction other than the incident angle θ = 0 °, in the third embodiment in which the desired signal has a wide band, it is narrower than the desired signal. The signals y 1 (m), y 2 (m), ..., Y N (m), which are a plurality of B beam reception signals in the band, are output.

【0098】また、図8の第3のマルチビーム形成器7
cにおいて、形成すべき複数B個の広帯域のビームの各
ビームに対応して、それぞれ1対のFIR型ディジタル
フィルタと1つの加算器が設けられる。すなわち、形成
すべき第1番目の広帯域のビームに対応して、FIR型
ディジタルフィルタ7c−1−1,7c−1−2と加算
器10−1とが設けられる。そして、FIR型ディジタ
ルフィルタ7c−1−1は、入力される狭帯域のビーム
受信信号である信号y1(m)を予め設定されたフィル
タ係数である荷重係数で、ディジタル的にろ波して加算
器10−1に出力し、FIR型ディジタルフィルタ7c
−1−2は、入力される狭帯域のビーム受信信号である
信号y2(m)を、予め設定されたフィルタ係数である
荷重係数でディジタル的にろ波して加算器10−1に出
力する。加算器10−1は入力される2つのろ波後の信
号y1(m),y2(m)を加算して、加算後の信号v1
(m)を信号選択器8に出力する。ここで、FIR型デ
ィジタルフィルタ7c−1−1,7c−1−2の各荷重
係数は、所定の方向に第1番目の広帯域のビームを形成
して、当該ビームに対応する広帯域の受信信号である信
号v1(m)を加算器10−1から出力するように設定
される。
In addition, the third multi-beam former 7 of FIG.
In c, one pair of FIR digital filters and one adder are provided for each of the B wideband beams to be formed. That is, the FIR digital filters 7c-1-1 and 7c-1-2 and the adder 10-1 are provided corresponding to the first wideband beam to be formed. Then, the FIR digital filter 7c-1-1 digitally filters the input narrow band beam reception signal y 1 (m) with a weighting factor which is a preset filter factor. Output to the adder 10-1, and the FIR digital filter 7c
-1-2 digitally filters the input narrow band beam reception signal y 2 (m) with a weighting coefficient which is a preset filter coefficient, and outputs it to the adder 10-1. To do. The adder 10-1 adds the input two filtered signals y 1 (m) and y 2 (m), and adds the added signal v 1
(M) is output to the signal selector 8. Here, each weighting factor of the FIR digital filters 7c-1-1 and 7c-1-2 forms a first wideband beam in a predetermined direction and is a wideband received signal corresponding to the beam. The signal v 1 (m) is set to be output from the adder 10-1.

【0099】また、形成すべき第2番目の広帯域のビー
ムに対応して、FIR型ディジタルフィルタ7c−2−
1,7c−2−2と加算器10−2が設けられる。そし
て、FIR型ディジタルフィルタ7c−2−1は、入力
される狭帯域のビーム受信信号である信号y2(m)を
予め設定されたフィルタ係数である荷重係数で、ディジ
タル的にろ波して加算器10−2に出力し、FIR型デ
ィジタルフィルタ7c−2−2は、入力される狭帯域の
ビーム受信信号である信号y3(m)を、予め設定され
たフィルタ係数である荷重係数でディジタル的にろ波し
て加算器10−2に出力する。加算器10−2は入力さ
れる2つのろ波後の信号y2(m),y3(m)を加算し
て、加算後の信号v2(m)を信号選択器8に出力す
る。ここで、FIR型ディジタルフィルタ7c−2−
1,7c−2−2の各荷重係数は、所定の方向に第2番
目の広帯域のビームを形成して、当該ビームに対応する
広帯域の受信信号である信号v2(m)を加算器10−
2から出力するように設定される。
The FIR type digital filter 7c-2-corresponding to the second wide band beam to be formed.
1, 7c-2-2 and an adder 10-2 are provided. Then, the FIR digital filter 7c-2-1 digitally filters the input narrow band beam reception signal y 2 (m) with a weighting coefficient which is a preset filter coefficient. The FIR digital filter 7c-2-2 outputs the signal to the adder 10-2, and the signal y 3 (m), which is the narrow-band beam reception signal that is input, with a weighting coefficient that is a preset filter coefficient. It is digitally filtered and output to the adder 10-2. The adder 10-2 adds the two input signals y 2 (m) and y 3 (m) after filtering and outputs the added signal v 2 (m) to the signal selector 8. Here, the FIR digital filter 7c-2-
Each of the weighting factors 1, 7c-2-2 forms a second wideband beam in a predetermined direction, and adds the signal v 2 (m), which is a wideband received signal corresponding to the beam, to the adder 10 −
It is set to output from 2.

【0100】同様に、形成すべき第b番目(b=3,
4,…,B−1)の広帯域のビームに対応して、FIR
型ディジタルフィルタ7c−b−1,7c−b−2と加
算器10−bとが設けられる。そして、FIR型ディジ
タルフィルタ7c−b−1は、入力される狭帯域のビー
ム受信信号である信号yb(m)を、予め設定されたフ
ィルタ係数である荷重係数でディジタル的にろ波して加
算器10−bに出力し、FIR型ディジタルフィルタ7
c−b−2は、入力される狭帯域のビーム受信信号であ
る信号yb+1(m)を、予め設定されたフィルタ係数で
ある荷重係数でディジタル的にろ波して加算器10−b
に出力する。加算器10−bは入力される2つのろ波後
の信号yb(m),yb+1(m)を加算して、加算後の信
号vb(m)を信号選択器8に出力する。ここで、FI
R型ディジタルフィルタ7c−b−1,7c−b−2の
各荷重係数は、所定の方向に第b番目の広帯域のビーム
を形成して、当該ビームに対応する広帯域の受信信号で
ある信号vb(m)を加算器10−bから出力するよう
に設定される。
Similarly, the b-th to be formed (b = 3,
4, ..., B-1) corresponding to the broadband beam
Type digital filters 7c-b-1, 7c-b-2 and an adder 10-b are provided. Then, the FIR digital filter 7c-b-1 digitally filters the input narrow band beam reception signal yb (m) with a weighting factor which is a preset filter factor. Output to the adder 10-b, and the FIR digital filter 7
c-b-2 digitally filters the input narrow band beam reception signal y b + 1 (m) with a weighting coefficient which is a preset filter coefficient, and adds it to the adder 10- b
Output to The adder 10-b adds the two input signals y b (m) and y b + 1 (m) after filtering, and outputs the added signal v b (m) to the signal selector 8. To do. Where FI
The respective weighting factors of the R-type digital filters 7c-b-1 and 7c-b-2 form a b-th wide band beam in a predetermined direction, and a signal v which is a wide band received signal corresponding to the beam. b (m) is set to be output from the adder 10-b.

【0101】また、形成すべき第B番目の広帯域のビー
ムに対応して、FIR型ディジタルフィルタ7c−B−
1,7c−B−2と加算器10−Bとが設けられる。そ
して、FIR型ディジタルフィルタ7c−B−1は、入
力される狭帯域のビーム受信信号である信号yB(m)
を、予め設定されたフィルタ係数である荷重係数でディ
ジタル的にろ波して加算器10−Bに出力し、FIR型
ディジタルフィルタ7c−B−2は、入力される狭帯域
のビーム受信信号である信号y1(m)を、予め設定さ
れたフィルタ係数である荷重係数でディジタル的にろ波
して加算器10−Bに出力する。加算器10−Bは入力
される2つのろ波後の信号yB(m),y1(m)を加算
して、加算後の信号vB(m)を信号選択器8に出力す
る。ここで、FIR型ディジタルフィルタ7c−B−
1,7c−B−2の各荷重係数は、所定の方向に第B番
目の広帯域のビームを形成して、当該ビームに対応する
広帯域の受信信号である信号vB(m)を加算器10−
Bから出力するように設定される。
The FIR digital filter 7c-B- corresponding to the B-th broadband beam to be formed.
1, 7c-B-2 and an adder 10-B are provided. Then, the FIR digital filter 7c-B-1 receives the signal y B (m) which is the narrow-band beam reception signal to be input.
Is digitally filtered by a weighting coefficient which is a preset filter coefficient and is output to the adder 10-B. The FIR digital filter 7c-B-2 is a narrowband beam reception signal to be input. A certain signal y 1 (m) is digitally filtered by a preset weighting coefficient, which is a filter coefficient, and output to the adder 10-B. The adder 10-B adds the two input signals y B (m) and y 1 (m) after filtering, and outputs the added signal v B (m) to the signal selector 8. Here, the FIR digital filter 7c-B-
Each weighting factor of 1 and 7c-B-2 forms a B-th wide band beam in a predetermined direction, and a signal v B (m) which is a wide band received signal corresponding to the beam is added by the adder 10 −
It is set to output from B.

【0102】すなわち、図8の第3のマルチビーム形成
器7cにおいて、第2のマルチビーム形成器7bは上述
したように、広帯域の所望信号の周波数帯域をカバーし
きれない。そこで、第2のマルチビーム形成器7bの後
ろに、形成すべき広帯域のビームに対応して所定の荷重
係数値を有する1対のFIR形ディジタルフィルタと加
算器とを接続することによって、広帯域マルチビームを
形成している。図8では、第2のマルチビーム形成器7
bで形成されるビームのうち、隣り合う2つのビームを
選んで所定の方向に広帯域のビームを形成するように構
成している。しかしながら、本発明は隣り合う2つのビ
ームでなくてもよい。また、選択数は2つに限定され
ず、第2のマルチビーム形成器7bから出力される信号
k(m)のうちの2以上の信号を選択して広帯域のビ
ームを形成するようにしてもよい。
That is, in the third multi-beam former 7c of FIG. 8, the second multi-beam former 7b cannot cover the frequency band of the wide band desired signal as described above. Therefore, after the second multi-beam former 7b, a pair of FIR type digital filters having a predetermined weighting factor value corresponding to a wide-band beam to be formed and an adder are connected to each other so that the wide-band multi-beam is formed. Forming a beam. In FIG. 8, the second multi-beam former 7
Two adjacent beams are selected from the beams formed in b to form a broadband beam in a predetermined direction. However, the invention need not be two adjacent beams. The number of selections is not limited to two, and two or more signals among the signals y k (m) output from the second multi-beam former 7b are selected to form a wideband beam. Good.

【0103】ここで、FIR型ディジタルフィルタ7c
−b−1,7c−b−2の各フィルタ係数である荷重係
数は、第1の実施形態のFIR型ディジタルフィルタ係
数演算器13と同様の方法を用いて、所定の方向にビー
ムを形成して当該ビームの方向から入射される広帯域の
信号に対応する信号vb(m)を出力するように設定し
てもよいし、他の方法を用いてもよい。FIR型ディジ
タルフィルタ7c−b−1,7c−b−2は、直接形構
成、縦続形構成、ラティス形構成などが考えられるが、
第3の実施形態ではいずれの構成でもよい。
Here, the FIR digital filter 7c
The weighting factors, which are the filter coefficients of −b-1 and 7c-b-2, form a beam in a predetermined direction by using the same method as that of the FIR type digital filter coefficient calculator 13 of the first embodiment. The signal v b (m) corresponding to the broadband signal incident from the beam direction may be set to be output, or another method may be used. The FIR digital filters 7c-b-1 and 7c-b-2 may have a direct configuration, a cascade configuration, a lattice configuration, or the like.
Any configuration may be used in the third embodiment.

【0104】信号選択器8は、第2の実施形態と同様
に、第3のマルチビーム形成器7cから出力されるB個
の信号v1(m),v2(m),…,vB(m)からM個
の信号を選択して、選択した信号yn1(m),yn
2(m),…,ynM(m)をそれぞれ、乗算器12−1
乃至12−Mに出力する。
As in the second embodiment, the signal selector 8 outputs the B signals v 1 (m), v 2 (m), ..., V B output from the third multi-beam former 7c. Select M signals from (m) and select the selected signals yn 1 (m), yn
2 (m), ..., Yn M (m) are respectively multiplied by the multiplier 12-1.
To 12-M.

【0105】乗算器12−1乃至12−Mは、第2の実
施形態と同様に、それぞれ入力される各信号yn
1(m),yn2(m),…,ynM(m)と各荷重係数
wB1(m)、wB2(m)、…、wBM(m)とを乗算
して出力し、加算器10は乗算器12−1乃至12−M
の出力信号を加算して、干渉信号が抑圧された、所望の
到来信号である出力信号z(m)を出力する。
The multipliers 12-1 to 12-M input the respective signals yn, respectively, as in the second embodiment.
1 (m), yn 2 ( m), ..., yn M (m) and the respective weighting factor wB 1 (m), wB 2 (m), ..., and output by multiplying the wB M (m), adding The multiplier 10 is a multiplier 12-1 to 12-M.
Output signals z (m), which are desired incoming signals with interference signals suppressed, are output.

【0106】以上のように構成された第3の実施形態の
適応ディジタルビーム形成装置は、第2の実施形態の適
応ディジタルビーム形成装置と同様の効果を有するとと
もに、第2の実施形態の適応ディジタルビーム形成装置
に比較して、広帯域マルチビーム形成における演算量を
さらに少なくできる。
The adaptive digital beam forming apparatus of the third embodiment configured as described above has the same effects as the adaptive digital beam forming apparatus of the second embodiment, and at the same time, the adaptive digital beam forming apparatus of the second embodiment is used. The amount of calculation in wideband multi-beam forming can be further reduced as compared with the beam forming apparatus.

【0107】<第4の実施形態>次に、第4の実施形態
の適応ディジタルビーム形成装置について説明する。こ
の第4の実施形態の適応ディジタルビーム形成装置は、
図1の第1の実施形態の適応ディジタルビーム形成装置
と同様に構成されるが、荷重係数wk,sの計算方法が異
なる。すなわち、上述の第1の実施形態の適応ディジタ
ルビーム形成装置においては、1次元線形位相FIR型
狭帯域低域通過ディジタルフィルタの通過領域を、2次
元周波数平面上で回転させた後平行移動する変数変換を
施すことによって、2次元ディジタルフィルタであるD
BF回路6の振幅特性を所望の特性に近似させて荷重係
数wk,sを計算したが、第4の実施形態の適応ディジタ
ルビーム形成装置においては、1次元零位相FIR形低
域通過ディジタルフィルタ(以下、1次元原形フィルタ
という。)の周波数応答を、ディジタルビーム形成装置
によって所定の方向に形成するビーム方向上の周波数が
2次元周波数平面上においてビーム形成方向に応じた所
定の直線上に変換されるように、変数変換を施すことに
よって、DBF回路6の振幅特性を所望の特性に近似さ
せて荷重係数wk,sを計算している。以上の点を除いて
は第1の実施形態と同様に構成される。以下、第4の実
施形態の荷重係数計算方法について詳細に説明する。
<Fourth Embodiment> Next, an adaptive digital beam forming apparatus according to the fourth embodiment will be described. The adaptive digital beam forming apparatus according to the fourth embodiment is
The configuration is the same as that of the adaptive digital beam forming apparatus according to the first embodiment of FIG. 1, but the calculation method of the weight coefficient w k, s is different. That is, in the adaptive digital beam forming apparatus according to the first embodiment described above, a variable that rotates the pass region of the one-dimensional linear phase FIR narrow band low-pass digital filter on the two-dimensional frequency plane and then translates the same. By performing the conversion, a two-dimensional digital filter D
Although the amplitude characteristic of the BF circuit 6 is approximated to a desired characteristic to calculate the weighting coefficient w k, s , in the adaptive digital beam forming apparatus of the fourth embodiment, the one-dimensional zero-phase FIR type low-pass digital filter is used. The frequency response of (hereinafter referred to as a one-dimensional original filter) is converted into a predetermined straight line corresponding to the beam forming direction on the two-dimensional frequency plane in which the frequency in the beam direction formed by the digital beam forming device in the predetermined direction. As described above, by performing variable conversion, the amplitude characteristic of the DBF circuit 6 is approximated to a desired characteristic, and the weight coefficient w k, s is calculated. The configuration is similar to that of the first embodiment except the above points. Hereinafter, the load factor calculation method of the fourth embodiment will be described in detail.

【0108】ここではまず、1次元零位相FIR形低域
通過ディジタルフィルタに施す変数変換について説明し
た後、DBF回路6の荷重係数wk,sの計算方法につい
て説明する。
Here, the variable conversion applied to the one-dimensional zero-phase FIR type low-pass digital filter will be described first, and then the calculation method of the weighting factor w k, s of the DBF circuit 6 will be described.

【0109】第4の実施形態における変数変換は、第1
の実施形態の数8でF2=Fとおいた周波数応答の式に
現れるcos(2πF)を、適切な4つの関数cos(2πF1),s
in(2πF1),cos(2πF2),sin(2πF2)で表される関数
S(F1,F2)に置き替えることによって行う。ここで、
関数S(F1,F2)は次の数25に示す振幅特性DT(F1,
2)を近似する関数であって、詳細は後述する。
The variable conversion in the fourth embodiment is the first
The cos appearing in the number 8 embodiment of the equation of the frequency response at the F 2 = F (2πF), suitable four functions cos (2πF 1), s
This is performed by replacing the function S (F 1 , F 2 ) represented by in (2πF 1 ), cos (2πF 2 ), and sin (2πF 2 ). here,
The function S (F 1 , F 2 ) has the amplitude characteristic D T (F 1 ,
This is a function that approximates F 2 ) and will be described in detail later.

【0110】[0110]

【数25】DT(F1,F2)=cos[2πF2/{(fs/fc)F1
1}−2πF2shift
[Expression 25] D T (F 1 , F 2 ) = cos [2πF 2 / {(f s / f c ) F 1 +
1} −2πF 2shift ]

【0111】ここで、数25におけるF2shiftは、第1
の実施形態の数13と同一の式で表されるシフト量で、
ビームを形成すべき方向に対応する入射角θによって定
まる。また、数8におけるp(m)は第4の実施形態で
は1次元原形フィルタのインパルス応答である。この数
25の振幅特性DT(F1,F2)は、数6と数13とを用い
て導くことができ、1次元原形フィルタの任意の1次元
周波数F(実際には一部の周波数を除く。)を、次の数
26で表される2次元周波数平面上の直線に写像する。
Here, the F 2 shift in equation 25 is the first
In the shift amount represented by the same formula as the equation 13 in the embodiment of
It is determined by the angle of incidence θ corresponding to the direction in which the beam is to be formed. Further, p (m) in the equation 8 is the impulse response of the one-dimensional original filter in the fourth embodiment. The amplitude characteristic D T (F 1 , F 2 ) of the equation 25 can be derived by using the equations 6 and 13, and an arbitrary one-dimensional frequency F (actually, some frequencies) of the one-dimensional prototype filter can be derived. Is excluded) to a straight line on the two-dimensional frequency plane represented by the following equation 26.

【0112】[0112]

【数26】F=F2/{(fs/fc)F1+1}−F2shift [ Equation 26] F = F 2 / {(f s / f c ) F 1 +1} −F 2 shift

【0113】例えば、1次元原形フィルタの1次元周波
数F=0は2次元周波数平面上の直線F2=F2shift{(f
s/fc)F1+1}に写像される。従って、第1の実施形態で
用いた1次元FIR型狭帯域低域通過ディジタルフィル
タに対してこの写像を施せば、通過域は2次元周波数平
面上の直線F2=F2shift{(fs/fc)F1+1}近傍に現れる
ことになる。言い換えると、入射角θの方向にビームを
形成するためには、2次元周波数平面上では通過域がF
2=(dfc sinθ/c){(fs/fc)F1+1}近傍に現れるから、
シフト量F2shiftを数13に従って決定し、1次元FI
R型狭帯域低域通過ディジタルフィルタに対して、第1
の実施形態で用いた変数変換方法に代えて、数25ある
いは数26の写像を行えばよいことになる。図12に数
26を用いて写像したときの例を示す。この例では、ア
ンテナ素子の間隔d=0.45λcとし、ビーム形成方
向θ=40°を想定し、1次元周波数Fを+0.5から
−0.5の間で、0.1の間隔で分割して、各1次元周
波数Fに対して示している。
For example, the one-dimensional frequency F = 0 of the one-dimensional original filter is a straight line F 2 = F 2shift {(f
s / f c ) F 1 +1}. Therefore, if this mapping is applied to the one-dimensional FIR type narrow band low-pass digital filter used in the first embodiment, the pass band is a straight line F 2 = F 2shift {(f s / It will appear in the vicinity of f c ) F 1 +1}. In other words, in order to form a beam in the direction of the incident angle θ, the passband is F on the two-dimensional frequency plane.
2 = (df c sin θ / c) {(f s / f c ) F 1 +1} appears near,
The shift amount F 2 shift is determined according to Equation 13, and the one-dimensional FI
First for R type narrow band low pass digital filter
Instead of the variable conversion method used in the above embodiment, the mapping of Equation 25 or Equation 26 may be performed. FIG. 12 shows an example when mapping is performed by using Expression 26. In this example, assuming that the spacing d between antenna elements is d = 0.45λ c and the beam forming direction θ = 40 °, the one-dimensional frequency F is between +0.5 and −0.5, and the spacing is 0.1. It is divided and shown for each one-dimensional frequency F.

【0114】上述の写像が理想的に行われれば、このよ
うな変数変換によって得られる2次元ディジタルフィル
タの振幅特性の各等振幅線は第1の実施形態における数
6の直線に沿うことになる。一方、数6で表される直線
は、周波数−角度平面上では、角度θにおける周波数軸
に平行な直線に対応する。従って、2次元周波数平面上
での2次元ディジタルフィルタの振幅特性の等振幅線が
数6に沿うということは、対応する周波数−角度平面上
では等振幅線は周波数軸に平行になる。これはDBF回
路6の指向特性が周波数に依存しないということであ
る。つまり、このような変数変換によって得られる2次
元ディジタルフィルタとしてのDBF回路6の指向特性
は、入射角θのみに依存し、周波数に依存しない。言い
換えると、第4の実施形態では、2次元ディジタルフィ
ルタとしてのDBF回路6の指向特性が周波数に依存し
ないように、1次元FIR型狭帯域低域通過ディジタル
フィルタに対して変数変換を施している。
If the above-mentioned mapping is ideally performed, each equal-amplitude line of the amplitude characteristic of the two-dimensional digital filter obtained by such variable conversion will follow the straight line of the equation 6 in the first embodiment. . On the other hand, the straight line represented by Expression 6 corresponds to a straight line parallel to the frequency axis at the angle θ on the frequency-angle plane. Therefore, the fact that the equal-amplitude line of the amplitude characteristic of the two-dimensional digital filter on the two-dimensional frequency plane follows Expression 6 means that the equal-amplitude line is parallel to the frequency axis on the corresponding frequency-angle plane. This means that the directional characteristic of the DBF circuit 6 does not depend on the frequency. That is, the directional characteristic of the DBF circuit 6 as the two-dimensional digital filter obtained by such variable conversion depends only on the incident angle θ and does not depend on the frequency. In other words, in the fourth embodiment, the one-dimensional FIR narrow band low-pass digital filter is subjected to variable conversion so that the directivity of the DBF circuit 6 as a two-dimensional digital filter does not depend on frequency. .

【0115】次に、数25の振幅特性DT(F1,F2
を近似する関数S(F1,F2)を求める方法について説
明する。この近似は、数25で表される周波数特性に対
するインパルス応答を2次元窓関数で打ち切るという窓
関数法(従来技術文献5「西川他,“フーリエ変換法に
よるファンフィルタの設計”,電子情報通信学会第6回
ディジタル信号処理シンポジウム講演論文集,講演番号
B3−2,pp.287−292,1991年」ではフ
ーリエ級数法と呼ばれている。)を用いる。具体的手順
は、以下の手順SS1乃至手順SS4に示す。
Next, the amplitude characteristic D T (F 1 , F 2 ) of Equation 25 is obtained.
A method of obtaining the function S (F 1 , F 2 ) that approximates This approximation is based on the window function method in which the impulse response to the frequency characteristic represented by the equation 25 is truncated by a two-dimensional window function (Prior Art Document 5, “Nishikawa et al.,“ Fan Filter Design by Fourier Transform Method ”, IEICE). In the 6th Digital Signal Processing Symposium Proceedings, Lecture No. B3-2, pp.287-292, 1991 ", it is called the Fourier series method.). The specific procedure is shown in the following procedures SS1 to SS4.

【0116】(手順SS1)正規化時間周波数F1と正
規化空間周波数F2とを、−0.5≦F1<0.5,−
0.5≦F2<0.5の範囲において適当な間隔でサン
プリングし、サンプリングした各正規化時間周波数F1
及び各正規化空間周波数F2に対する振幅特性D
T(F1,F2)の各周波数応答値を計算する。高速フー
リエ変換を後で用いる場合は、サンプリングする点数J
(偶数)は、好ましくは、例えば128点等の2のべき
乗で表すことができる値に設定する。 (手順SS2)手順SS1で求めた振幅特性DT(F1
2)の各周波数応答値を2次元逆離散(高速)フーリ
エ変換して振幅特性DT(F1,F2)の周波数応答値に
対するインパルス応答(複素数)を求める。当該インパ
ルス応答を理想インパルス応答と呼び、hTI(m1,
2)で表す。ここで、(m1,m2)=(0,0)が理想
インパルス応答hTI(m1,m2)の中心となるようにす
る。引数m1及びm2はそれぞれ、−J/2,(−J/
2)+1,...,−1,0,1,...,(J/2)−1で
ある。 (手順SS3)理想インパルス応答hTI(m1,m2)を
2次元窓関数w2D(m1,m2)で打ち切る。つまり、理
想インパルス応答hTI(m1,m2)と2次元窓関数w2D
(m1,m2)の積をとる。ここで、2次元窓関数w
2D(m1,m2)は例えば次の数27で表される。
(Procedure SS1) The normalized temporal frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 are -0.5≤F 1 <0.5,-
Sampling is performed at appropriate intervals in the range of 0.5 ≦ F 2 <0.5, and each sampled normalized time frequency F 1
And the amplitude characteristic D for each normalized spatial frequency F 2 .
Calculate each frequency response value of T (F 1 , F 2 ). When the fast Fourier transform is used later, the number of sampling points J
(Even number) is preferably set to a value that can be represented by a power of 2 such as 128 points. (Procedure SS2) Amplitude characteristic D T (F 1 ,
Each frequency response value of F 2 ) is subjected to two-dimensional inverse discrete (fast) Fourier transform to obtain an impulse response (complex number) for the frequency response value of the amplitude characteristic D T (F 1 , F 2 ). The impulse response is called an ideal impulse response, and h TI (m 1 ,
m 2 ). Here, (m 1 , m 2 ) = (0, 0) is set to be the center of the ideal impulse response h TI (m 1 , m 2 ). The arguments m 1 and m 2 are −J / 2 and (−J /
2) +1, ...,-1,0,1, ..., (J / 2) -1. (Procedure SS3) The ideal impulse response h TI (m 1 , m 2 ) is truncated by the two-dimensional window function w 2D (m 1 , m 2 ). That is, the ideal impulse response h TI (m 1 , m 2 ) and the two-dimensional window function w 2D
Take the product of (m 1 , m 2 ). Here, the two-dimensional window function w
2D (m 1 , m 2 ) is represented by the following equation 27, for example.

【0117】[0117]

【数27】w2D(m1,m2)=w1D(m1)w1D(m2[Expression 27] w 2D (m 1 , m 2 ) = w 1D (m 1 ) w 1D (m 2 )

【0118】数27において、w1D(mi)は、奇数で
ある打ち切り項数Laに対して、引数miが、次の数28
を満足するときには、窓関数の中心がmi=0(i=
1,2)である例えばハミング窓関数等の方形窓以外の
適当な窓関数で表され、数28を満足しない場合には、
関数値が0である窓関数である。
[0118] In Equation 27, w 1D (m i), to the truncation number of terms L a is an odd number, an argument m i is the following equation 28
If the center of the window function is m i = 0 (i =
1 and 2) is represented by an appropriate window function other than a rectangular window such as a Hamming window function and does not satisfy Eq. 28,
It is a window function whose function value is 0.

【0119】[0119]

【数28】−(La−1)/2≦mi≦(La−1)/2(28) − (L a −1) / 2 ≦ m i ≦ (L a −1) / 2

【0120】ここで、打ち切り項数Laは、第1の実施
形態の数10、数11の打ち切り項数Lとは異なる。こ
の操作で得られるインパルス応答hT’(m1,m2)は、次
の数29で表される。
[0120] Here, the truncation number of terms L a, differs from the number 10, number 11 truncation number of terms L in the first embodiment. The impulse response h T ′ (m 1 , m 2 ) obtained by this operation is expressed by the following equation 29.

【0121】[0121]

【数29】 h’T(m1,m2)=hTI(m1,m2)w2D(m1,m2) ここで、−(La−1)/2≦mi≦(La−1)/2,i
=1,2
H ′ T (m 1 , m 2 ) = h TI (m 1 , m 2 ) w 2D (m 1 , m 2 ) where − (L a −1) / 2 ≦ m i ≦ ( L a -1) / 2, i
= 1,2

【0122】(手順SS4)スケーリングを行う。これ
は、DBF回路6の特性を劣化させないように、手順S
S3で求めたインパルス応答hT’(m1,m2)の周波数応
答値の最大値及び最小値をそれぞれ1,−1にする操作
である。そのため、(手順SS3)で求めたインパルス
応答hT’(m1,m2)の周波数応答値を計算し、その最大
値hTmaxと最小値hTminとを求める。そして次の数
30で表されるスケーリング定数c1,c2を計算し、こ
れらのスケーリング定数c1,c2を用いて、次の数31
又は数32で表されるスケーリング後の2次元インパル
ス応答hT(m1,m2)を求める。この2次元インパルス
応答hT(m1,m2)には、hT(m1,m2)=hT*(−
1,−m2)の関係があり、従ってその周波数応答S
(F1,F2)は実数で、cos(2πF1),sin
(2πF1),cos(2πF2),sin(2πF2
の関数になる。ここで、hT*(−m1,−m2)の*
は、共役複素数であることを表す。
(Procedure SS4) Scaling is performed. This is the procedure S so as not to deteriorate the characteristics of the DBF circuit 6.
This is an operation of setting the maximum value and the minimum value of the frequency response value of the impulse response h T '(m 1 , m 2 ) obtained in S3 to 1 and -1, respectively. Therefore, the frequency response value of the impulse response h T '(m 1 , m 2 ) obtained in (procedure SS3) is calculated, and the maximum value h T ' max and the minimum value h T ' min thereof are obtained. Then, the scaling constants c 1 and c 2 represented by the following formula 30 are calculated, and these scaling constants c 1 and c 2 are used to calculate the following formula 31
Alternatively, the scaled two-dimensional impulse response h T (m 1 , m 2 ) represented by Expression 32 is obtained. In the two-dimensional impulse response h T (m 1 , m 2 ), h T (m 1 , m 2 ) = h T * (−
m 1 , −m 2 ) and therefore its frequency response S
(F 1 , F 2 ) is a real number, and cos (2πF 1 ), sin
(2πF 1 ), cos (2πF 2 ), sin (2πF 2 )
Function. Here, * of h T * (− m 1 , −m 2 )
Represents a conjugate complex number.

【0123】[0123]

【数30】c1=2/(h’Tmax−h’Tmin),c2=c1
h’Tmax−1
[Equation 30] c 1 = 2 / (h ′ Tmax −h ′ Tmin ), c 2 = c 1
h ' Tmax -1

【数31】(m1,m2)≠(0,0)のとき、hT(m1,
2)=c1h’T(m1,m2)
When (m 1 , m 2 ) ≠ (0,0), h T (m 1 ,
m 2 ) = c 1 h ′ T (m 1 , m 2 )

【数32】(m1,m2)=(0,0)のとき、hT(m1,
2)=c1h’T(0,0)−c2
When (m 1 , m 2 ) = (0, 0), h T (m 1 ,
m 2 ) = c 1 h ′ T (0,0) −c 2

【0124】次に、以上の手順で求めた2次元インパル
ス応答hT(m1,m2)を用いて、DBF回路6における荷
重係数を計算する方法について説明する。以下の計算方
法において、2次元インパルス応答hT(m1,m2)の周波
数応答が関数S(F1,F2)となる。DBF回路6におけ
る荷重係数の計算方法は次のステップS1乃至ステップ
S3からなる。
Next, a method of calculating the weighting factor in the DBF circuit 6 using the two-dimensional impulse response h T (m 1 , m 2 ) obtained by the above procedure will be described. In the following calculation method, the frequency response of the two-dimensional impulse response h T (m 1 , m 2 ) becomes the function S (F 1 , F 2 ). The calculation method of the weighting factor in the DBF circuit 6 includes the following steps S1 to S3.

【0125】<ステップS1>まず、インパルス応答長
がMc(奇数)である1次元線形位相FIR形低域通過
ディジタルフィルタの周波数応答P(F)を求める。1
次元線形位相FIR形低域通過ディジタルフィルタの周
波数応答P(F)は数8においてNi=Mc,F2=Fと
おくことにより、次の数32で表される。ここで、第4
の実施形態では、良い特性を得るためにタップ数Mc
値は素子数Nより小さく設定する。
<Step S1> First, the frequency response P (F) of the one-dimensional linear phase FIR type low-pass digital filter whose impulse response length is M c (odd number) is obtained. 1
The frequency response P (F) of the dimensional linear phase FIR type low-pass digital filter is represented by the following equation 32 by setting N i = M c and F 2 = F in equation 8. Here, the fourth
In the embodiment, the number of taps M c is set smaller than the number N of elements in order to obtain good characteristics.

【0126】[0126]

【数32】 (Equation 32)

【0127】<ステップS2>次に、数32における右
辺のcos(2πF)を数34で表される関数S(F1,F2)で
置き替える変数変換を行う。従って、置き替え後の周波
数応答G(F1,F2)は次の数33で表される。ここで、
数33では、零位相部分のみを示している。以下の説明
の数式においても、同様に零位相部分のみを示す。
<Step S2> Next, variable conversion is performed in which cos (2πF) on the right side of Expression 32 is replaced by the function S (F 1 , F 2 ) expressed by Expression 34. Therefore, the frequency response G (F 1 , F 2 ) after replacement is represented by the following expression 33. here,
In Expression 33, only the zero phase portion is shown. Similarly, in the mathematical expressions described below, only the zero phase portion is shown.

【0128】[0128]

【数33】 [Equation 33]

【数34】 (Equation 34)

【0129】<ステップS3>次に、第1の実施形態と
同様にして、数33で表される周波数応答G(F1,F2)
のインパルス応答g(m1,m2)を計算し、当該インパルス
応答g(m1,m2)から荷重係数wn,kを求める。
<Step S3> Next, similarly to the first embodiment, the frequency response G (F 1 , F 2 ) represented by the equation 33 is expressed.
Impulse response g (m 1 , m 2 ) is calculated, and the load coefficient w n, k is obtained from the impulse response g (m 1 , m 2 ).

【0130】[0130]

【数35】 wn,k=g(k−(q−1)/2,−n+(N−1)/2+1) ここで、n=1,2,…,N;k=0,1,…,q−1
であり、qはタップ数である。
W n, k = g (k− (q−1) / 2, −n + (N−1) / 2 + 1) where n = 1, 2, ..., N; k = 0, 1, …, Q-1
And q is the number of taps.

【0131】以上の方法で得られるDBF回路6の周波
数−角度平面上での振幅特性の等振幅線は、周波数−角
度平面上で、近似的に周波数軸に平行に現れる。従っ
て、1次元原形フィルタの特性を、狭帯域ではなく所望
のビーム幅に応じた帯域幅に設定でき、かつ対応する特
定の周波数範囲の阻止域の減衰量を大きくすることによ
りサイドローブレベルを低くすることができるので、こ
れによって、第4の実施形態のDBF回路6は、詳細後
述するように、広帯域でかつ広角ビームを形成すること
ができ、しかもあらかじめ決めた方向の範囲内において
サイドローブレベルを他の領域のサイドローブレベルよ
り低くすることができる。なお、従来技術文献5の方法
では、あらかじめ決めた方向の範囲内のサイドローブレ
ベルを他の領域のサイドローブレベルより下げることが
できない。
The equi-amplitude line of the amplitude characteristic on the frequency-angle plane of the DBF circuit 6 obtained by the above method appears approximately parallel to the frequency axis on the frequency-angle plane. Therefore, the characteristic of the one-dimensional original filter can be set to a bandwidth according to a desired beam width instead of a narrow band, and the side lobe level can be lowered by increasing the attenuation amount of the corresponding stop band in a specific frequency range. As a result, the DBF circuit 6 of the fourth embodiment can form a wide-angle and wide-angle beam as will be described later in detail, and further, within a range of a predetermined direction, the sidelobe level can be obtained. Can be lower than the side lobe level in other regions. It should be noted that the method of the prior art document 5 cannot lower the side lobe level within the range of the predetermined direction below the side lobe level of other areas.

【0132】また、第4の実施形態におけるDBF回路
6の位相特性は線形であり、当該移相特性の傾きはタッ
プ数qの値で決まる。従って、本方法を用いて、広帯域
マルチビームを形成する場合は、各シングルビームDB
F回路でタップ数qの値をそろえればよい。
Further, the phase characteristic of the DBF circuit 6 in the fourth embodiment is linear, and the slope of the phase shift characteristic is determined by the value of the tap number q. Therefore, when a wide band multi-beam is formed using this method, each single beam DB
The number of taps q may be made uniform in the F circuit.

【0133】次に、あらかじめ決められた方向の範囲に
おけるサイドローブレベルを他の領域のサイドローブレ
ベルより下げるようにDBF回路6の荷重係数を計算す
る方法について説明する。以下の説明において、ビーム
を形成する方向を角度θ0とし、サイドローブレベルを
下げたい方向範囲の角度θをθ1≦θ≦θ2とする。ここ
ではθ0>θ2とする。つまり、サイドローブレベルを下
げたい方向範囲はθ0より小さいものとする。しかしな
がら、本発明はこれに限らず、θ0<θ1に設定してもよ
いし、また、サイドローブレベルを下げたい方向範囲を
複数設けることもできる。
Next, a method of calculating the weighting factor of the DBF circuit 6 so that the side lobe level in the range of the predetermined direction is made lower than the side lobe levels of other regions will be described. In the following description, it is assumed that the direction in which a beam is formed is an angle θ 0, and the angle θ in a direction range in which a side lobe level is to be lowered is θ 1 ≦ θ ≦ θ 2 . Here, it is assumed that θ 0 > θ 2 . That is, the direction range in which the side lobe level is desired to be reduced is smaller than θ 0 . However, the present invention is not limited to this, and θ 01 may be set, and a plurality of direction ranges in which the side lobe level is desired to be reduced may be provided.

【0134】上述の変数変換を用いることにより、図1
3(a)に示した周波数−角度平面における所望の特性
は、2次元周波数平面上では図13(b)に示すように
表すことができる。すなわち、設計すべき1次元ディジ
タルフィルタは、第1の実施形態における低域通過ディ
ジタルフィルタではなく、一般に複素係数をもつ線形位
相FIR形帯域通過ディジタルフィルタ(以下、1次元
複素係数帯域通過ディジタルフィルタという。)であ
る。当該1次元複素係数帯域通過ディジタルフィルタ
は、次の数36で表される周波数F0を中心とする狭帯
域の通過域を持ち、次の数37で表される周波数範囲F
01≦F≦F02におけるサイドローブレベルが、他の阻止
域のサイドローブレベルより低くなるように設定され
る。これは例えば、従来技術文献6「西原明法他,“R
emez アルゴリズムによる複素ディジタルフィルタの設
計”,電子情報通信学会技術研究報告,CAS88−20,p
p.37−42,1988年6月」に示されている方法などを用い
ることができる。
By using the variable transformations described above, FIG.
The desired characteristic in the frequency-angle plane shown in FIG. 3 (a) can be expressed in the two-dimensional frequency plane as shown in FIG. 13 (b). That is, the one-dimensional digital filter to be designed is not the low-pass digital filter in the first embodiment, but is generally a linear phase FIR type band-pass digital filter having complex coefficients (hereinafter referred to as one-dimensional complex coefficient band-pass digital filter). It is). The one-dimensional complex coefficient band pass digital filter has a narrow band pass band centered on the frequency F 0 expressed by the following formula 36 and has a frequency range F expressed by the following formula 37.
The side lobe level in 01 ≤ F ≤ F 02 is set to be lower than the side lobe levels in other stopbands. This is described, for example, in Prior Art Document 6 “Akiho Nishihara et al.,“ R
Design of Complex Digital Filter by emez Algorithm ”, IEICE Technical Report, CAS88-20, p
p.37-42, June 1988 ”can be used.

【0135】[0135]

【数36】F0=(dfc/c)sinθ0 F 0 = (df c / c) sin θ 0

【数37】 F0i=(dfc/c)sinθi,ここで、i=1,2F 0i = (df c / c) sin θ i , where i = 1, 2

【0136】周波数応答については零位相部分のみを考
える。インパルス応答長がMc(奇数)の1次元零位相
FIR形複素係数ディジタルフィルタの周波数応答P
c(F)は数38のように表すことができる。ここで、イ
ンパルス応答pc(m)は、pc(m)=pc*(-m)の関係がある
(ここで、*は複素共役を表す。)。また、タップ数Mc
はDBF回路6における荷重係数の計算方法のステップ
S1と同様に選定される。
Regarding the frequency response, only the zero phase part is considered. Frequency response P of one-dimensional zero-phase FIR complex coefficient digital filter with impulse response length M c (odd)
c (F) can be expressed as in Eq. Here, the impulse response p c (m) is, p c (m) = p c * - a relationship of (m) (where * denotes the complex conjugate.). Also, the number of taps M c
Is selected in the same manner as step S1 of the method for calculating the weighting factor in the DBF circuit 6.

【0137】[0137]

【数38】 (38)

【0138】ここで、数38におけるUm(cos(2πF))
は第2種のチェビシェフ関数であって、以下の数39、
数40、数41の関係がある。
Here, U m (cos (2πF)) in the equation 38
Is a Chebyshev function of the second kind, and
There is a relationship of 40 and 41.

【0139】[0139]

【数39】U0(cos(2πF))=0[Formula 39] U 0 (cos (2πF)) = 0

【数40】U1(cos(2πF))=sin(2πF)[Formula 40] U 1 (cos (2πF)) = sin (2πF)

【数41】Um(cos(2πF))=2cos(2πF)Um-1(cos(2
πF))−Um-2(cos(2πF)) ここで、m=2,3,…である。
[Formula 41] U m (cos (2πF)) = 2 cos (2πF) U m-1 (cos (2
πF)) − U m−2 (cos (2πF)) where m = 2, 3,.

【0140】数38が第1の実施形態における数8と大
きく異なるのは、周波数応答Pc(F)にsin(2πF)が
含まれていることである。従って、数38のcos(2πF)
に関数Sc(F1,F2)を代入し、かつ数38のsin(2πF)
に関数Ss(F1,F2)を代入する変数変換を実行する。こ
こで、関数Sc(F1,F2)、関数Ss(F1,F2)はそれぞれ
数42のDTC(F1,F2)と数43のDTS(F1,F2)を近似
する適切な4つの関数cos(2πF1),sin(2πF1),cos
(2πF2),sin(2πF2)で表される関数であって、次の
数42と数43で表される。
The difference between the expression 38 and the expression 8 in the first embodiment is that the frequency response P c (F) includes sin (2πF). Therefore, cos (2πF) of Equation 38
Substituting the function S c (F 1 , F 2 ) into, and sin (2πF)
The variable conversion for substituting the function S s (F 1 , F 2 ) into Here, the function S c (F 1 , F 2 ) and the function S s (F 1 , F 2 ) are the D TC (F 1 , F 2 ) of the equation 42 and the D TS (F 1 , F 2 ) of the equation 43, respectively. ) Appropriate four functions cos (2πF 1 ), sin (2πF 1 ), cos
It is a function represented by (2πF 2 ), sin (2πF 2 ), and is represented by the following formula 42 and formula 43.

【0141】[0141]

【数42】Sc(F1,F2)≒DTC(F1,F2)=cos[2πF2
/{(fs/fc)F1+1}]
(42) S c (F 1 , F 2 ) ≈D TC (F 1 , F 2 ) = cos [2πF 2
/ {(f s / f c ) F 1 +1}]

【数43】Ss(F1,F2)≒DTS(F1,F2)=sin[2πF2
/{(fs/fc)F1+1}]
S s (F 1 , F 2 ) ≈D TS (F 1 , F 2 ) = sin [2πF 2
/ {(f s / f c ) F 1 +1}]

【0142】ここで、数42、数43における、D
TC(F1,F2)とDTS(F1,F2)はそれぞれ数25におい
て、F2shift=0、F2shift=0.25としたものであ
って、上述の(手順SS1)乃至(手順SS4)の方法
を用いて近似することにより、求めることができる。
Here, D in the equations 42 and 43
In Equation 25, TC (F 1 , F 2 ) and D TS (F 1 , F 2 ) are F 2shift = 0 and F 2shift = 0.25, respectively. It can be obtained by approximation using the method of step SS4).

【0143】以上のようにして得られる2次元ディジタ
ルフィルタの周波数応答Gc(F1,F2)は次の数44で表
すことができる。この数44の周波数応答Gc(F1,F2)
を用いて、第1の実施形態と同様にして、インパルス応
答を計算し、DBF回路6の荷重係数を求める。
The frequency response G c (F 1 , F 2 ) of the two-dimensional digital filter obtained as described above can be expressed by the following equation 44. The frequency response of this number 44 G c (F 1 , F 2 )
Using, the impulse response is calculated in the same manner as in the first embodiment, and the weighting factor of the DBF circuit 6 is obtained.

【0144】[0144]

【数44】 [Equation 44]

【0145】このように、数25を用いて変数変換を行
っているので、特定の方向のサイドローブレベルを下げ
ることが従来例の最適化手法を使用することなく可能に
なった。
As described above, since the variable conversion is performed using the equation 25, it becomes possible to reduce the sidelobe level in a specific direction without using the conventional optimization method.

【0146】また、広角ビーム形成については、ビーム
形成方向の範囲を上述のθ1≦θ≦θ2とし、1次元複素
係数帯域通過ディジタルフィルタの通過域の範囲を数3
7で表される周波数範囲F01≦F≦F02に設定すればよ
い。従って、第4の実施形態では、広角のビームを形成
することができかつ特定の方向のサイドローブレベルを
下げることができる。
For wide-angle beam forming, the range in the beam forming direction is set to θ 1 ≦ θ ≦ θ 2 and the range of the pass band of the one-dimensional complex coefficient band pass digital filter is given by
The frequency range represented by 7 may be set to F 01 ≦ F ≦ F 02 . Therefore, in the fourth embodiment, a wide-angle beam can be formed and the side lobe level in a specific direction can be lowered.

【0147】以上の説明において、θ0>θ2、すなわ
ち、サイドローブレベルを下げたい方向範囲はθ0より
小さいものとしたが、θ0<θ2の場合及びサイドローブ
レベルを低くすべき方向を複数設けることも可能であ
る。すなわち、第4の実施形態では、サイドローブレベ
ルを低くすべき方向を少なくとも1つ設定でき、当該方
向は任意の位置に設定することができる。
In the above description, θ 0 > θ 2 , that is, the range in which the side lobe level is desired to be lowered is smaller than θ 0. However, when θ 02 and the side lobe level should be lowered. It is also possible to provide a plurality of. That is, in the fourth embodiment, at least one direction in which the side lobe level should be lowered can be set, and the direction can be set at any position.

【0148】以上の第4の実施形態では、数25又は数
26を用いて変数変換をしているので、周波数−角度平
面上における入射角θに対応する直線が、2次元周波数
平面上では数6で表される所定の直線に変換される。従
って、周波数−角度平面上において、2次元ディジタル
フィルタとしてのDBF回路6の等振幅線は周波数軸に
平行になる。従って、このような変数変換によって得ら
れるDBF回路6の指向特性は、入射角θのみに依存
し、周波数に依存しないようにできる。言い換えると、
第4の実施形態では、DBF回路6の指向特性が周波数
に依存しないように、FIR型狭帯域低域通過ディジタ
ルフィルタに対して変数変換を施している。
In the above fourth embodiment, since the variable conversion is performed using the equation 25 or the equation 26, the straight line corresponding to the incident angle θ on the frequency-angle plane is expressed by the equation on the two-dimensional frequency plane. It is converted into a predetermined straight line represented by 6. Therefore, on the frequency-angle plane, the equal amplitude lines of the DBF circuit 6 as the two-dimensional digital filter are parallel to the frequency axis. Therefore, the directional characteristic of the DBF circuit 6 obtained by such variable conversion can be made to depend only on the incident angle θ and not on the frequency. In other words,
In the fourth embodiment, variable conversion is applied to the FIR type narrow band low pass digital filter so that the directional characteristic of the DBF circuit 6 does not depend on frequency.

【0149】以上詳述したように、第4の実施形態で
は、ディジタルビーム形成装置によって所定の方向に形
成するビーム方向上の任意の周波数が2次元周波数平面
上において、数6で表される所定の直線上に変換される
ように、1次元線形位相FIR型ディジタルフィルタの
周波数応答に対して変数変換することにより、所望通過
領域に対応する、正規化時間周波数F1と正規化空間周
波数F2とに関する2次元ディジタルフィルタの周波数
応答を演算し、演算された当該周波数応答を逆フーリエ
変換することにより2次元ディジタルフィルタのインパ
ルス応答を演算し、演算された当該インパルス応答に基
づいて2次元ディジタルフィルタが所望通過領域で振幅
を有するように、各FIR型ディジタルフィルタ9−1
乃至9−Nの荷重係数wk,sを演算している。これによ
って、第4の実施形態の適応ディジタルビーム形成装置
は、広帯域でかつ広角ビームを形成することができ、し
かもあらかじめ決められた方向においてサイドローブレ
ベルを他の領域のサイドローブレベルより低くすること
ができる。
As described in detail above, in the fourth embodiment, an arbitrary frequency in the beam direction formed by the digital beam forming apparatus in the predetermined direction is represented by the formula 6 on the two-dimensional frequency plane. By performing variable conversion on the frequency response of the one-dimensional linear phase FIR digital filter so as to be converted to the straight line of, the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 corresponding to the desired pass region are obtained. And the frequency response of the two-dimensional digital filter is calculated, and the calculated frequency response is inverse-Fourier-transformed to calculate the impulse response of the two-dimensional digital filter, and the two-dimensional digital filter is calculated based on the calculated impulse response. So that each has an amplitude in the desired pass region, each FIR type digital filter 9-1
The weighting factors w k, s of 9 to N are calculated. As a result, the adaptive digital beam forming apparatus according to the fourth embodiment can form a wide-angle beam with a wide band, and lowers the side lobe level in other than the side lobe level in other regions in a predetermined direction. You can

【0150】次に、第4の実施形態におけるシミュレー
ションの結果について説明する。図14は、第4の実施
形態のDBF回路6を用いて広帯域ビームをθ=56°
方向に形成したときのDBF回路6の指向特性を示すグ
ラフである。図14のグラフには、f=0.95fc
f=fc及びf=1.05fcの3つの周波数について、
角度θに対する相対電力を示している。図14から明ら
かなように、上述の3つの周波数における指向特性はほ
ぼ一致している。すなわち、図14のグラフから、第4
の実施形態のDBF回路6は、中心周波数f=fcに対
して±5%の比較的広帯域の周波数に依存しないビーム
を形成することができることがわかる。
Next, the result of the simulation in the fourth embodiment will be described. FIG. 14 shows a wideband beam θ = 56 ° using the DBF circuit 6 of the fourth embodiment.
7 is a graph showing the directional characteristics of the DBF circuit 6 when it is formed in the direction. The graph of FIG. 14, f = 0.95f c,
For three frequencies of f = f c and f = 1.05f c ,
The relative electric power with respect to the angle θ is shown. As is clear from FIG. 14, the directional characteristics at the above-mentioned three frequencies are substantially the same. That is, from the graph of FIG.
It can be seen that the DBF circuit 6 according to the embodiment can form a beam that does not depend on the frequency of a relatively wide band of ± 5% with respect to the center frequency f = f c .

【0151】また、図15は、第4の実施形態のDBF
回路6を用いて広帯域ビームをθ=60°の方向に形成
し、−50°≦θ≦−20°の方向範囲におけるサイド
ローブレベルを他の領域のサイドローブレベルより約2
0dB低くしたときの指向特性を示すグラフである。図
15においても、図14と同様に、f=0.95fc
f=fc及びf=1.05fcの3つの周波数について、
角度θに対する相対電力を示している。図15から明ら
かなように、第4の実施形態のDBF回路6を用いるこ
とにより、広帯域ビームをθ=60°の方向に形成する
ことができ、かつ−50°≦θ≦−20°におけるサイ
ドローブレベルを他の領域のサイドローブレベルより約
20dBだけ低く設定することができることがわかる。
FIG. 15 shows the DBF of the fourth embodiment.
A wideband beam is formed in the direction of θ = 60 ° by using the circuit 6, and the side lobe level in the direction range of −50 ° ≦ θ ≦ −20 ° is about 2 than the side lobe level of other regions.
It is a graph which shows the directivity when it is lowered by 0 dB. Also in FIG. 15, similarly to FIG. 14, f = 0.95f c ,
For three frequencies of f = f c and f = 1.05f c ,
The relative electric power with respect to the angle θ is shown. As is clear from FIG. 15, by using the DBF circuit 6 of the fourth embodiment, a wide band beam can be formed in the direction of θ = 60 ° and the side at −50 ° ≦ θ ≦ −20 ° can be formed. It can be seen that the lobe level can be set lower than the side lobe levels of other regions by about 20 dB.

【0152】さらに、図16は、第1のマルチビーム形
成器7aを構成する単一ビーム形成器(DBF回路)に
上述の荷重係数計算法を用い、第2の実施形態で説明し
た適応ビーム形成法を用いた場合の干渉波抑圧時の指向
特性を示す。図中、S1は入射角25°の所望波を示
し、I1・I2はそれぞれ入射角35°の干渉波及び入
射角−50°の干渉波を示す。図16においても、図1
4と同様に、f=0.95fc、f=fc及びf=1.0
5fcの3つの周波数について、角度θに対する相対電
力を示している。図16から明らかなように、第4の実
施形態のDBF回路6を用いることにより、広帯域ビー
ムをθ=25°の所望波の方向に形成することができ、
しかも入射角35°の干渉波及び入射角−50°の干渉
波の到来方向にそれぞれヌルを形成できる。ここで、図
14乃至図16のいずれのグラフもサンプリング周波数
fsは、0.2fcに設定した。
Further, in FIG. 16, the above-mentioned weighting factor calculation method is used for the single beam former (DBF circuit) which constitutes the first multi-beam former 7a, and adaptive beam forming explained in the second embodiment is performed. The directional characteristic when the interference wave is suppressed when the method is used is shown. In the figure, S1 indicates a desired wave with an incident angle of 25 °, and I1 and I2 indicate an interference wave with an incident angle of 35 ° and an interference wave with an incident angle of −50 °, respectively. Also in FIG. 16, FIG.
4, f = 0.95f c , f = f c and f = 1.0
For three frequencies of 5f c, shows the relative power for the angle theta. As is apparent from FIG. 16, by using the DBF circuit 6 of the fourth embodiment, a wide band beam can be formed in the desired wave direction of θ = 25 °,
Moreover, nulls can be formed in the arrival directions of the interference wave with the incident angle of 35 ° and the interference wave with the incident angle of −50 °. Here, any of the graphs in FIGS. 14 to 16 has a sampling frequency.
f s was set to 0.2f c .

【0153】以上の第4の実施形態のDBF回路6で
は、サイドローブレベルのコントロールが可能であり、
かつ、一部分(ある方向範囲)のサイドローブレベルの
みを下げることができる。また、第2の実施形態におけ
る第1のマルチビーム形成器7aを構成する広帯域DB
F回路6として用いることができ、所望波と干渉波の入
射角が離れている場合においても干渉波の方向にヌルを
形成することができる。従って、第4の実施形態のDB
F回路6は、単一ビームの形成にも用いることができる
が、好ましくは第1のマルチビーム形成器7aを構成す
るDBF回路6として使用される。
In the DBF circuit 6 of the fourth embodiment described above, the side lobe level can be controlled,
In addition, it is possible to lower only a part (a range of a certain direction) of the side lobe level. In addition, the broadband DB that constitutes the first multi-beam former 7a in the second embodiment.
It can be used as the F circuit 6 and can form a null in the direction of the interference wave even when the incident angles of the desired wave and the interference wave are distant from each other. Therefore, the DB of the fourth embodiment
Although the F circuit 6 can be used for forming a single beam, it is preferably used as the DBF circuit 6 forming the first multi-beam former 7a.

【0154】<変形例>以上の第1と第2の実施形態で
は、伝搬波信号が電波で、搬送波を用いる情報伝送の場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、搬送波を
用いないベースバンド伝送の場合にも適用することがで
きる。この場合、周波数変換操作が不要であるので、受
信機2−kを除いて構成され、ディジタル同相・直交信
号x1(m)、x2(m)、…、xN(m)は実数値をと
ることもある。以上のように構成しても第1と第2の実
施形態と同様の効果を有する。但しこの場合、2次元デ
ィジタルフィルタの通過域の形状を適切に変更する必要
がある。
<Modification> In the above first and second embodiments, the case where the propagating wave signal is a radio wave and the information transmission using the carrier wave is described, but the present invention is not limited to this, and the carrier wave is not used. It can also be applied to the case of baseband transmission. In this case, since the frequency conversion operation is unnecessary, the receiver 2-k is configured and the digital in-phase / quadrature signals x 1 (m), x 2 (m), ..., X N (m) are real-valued. May be taken. Even with the above configuration, the same effects as those of the first and second embodiments are obtained. However, in this case, it is necessary to properly change the shape of the pass band of the two-dimensional digital filter.

【0155】以上の第1乃至第4の実施形態では、ディ
ジタル中間周波信号からディジタル同相・直交信号xk
(m)を生成する手段にミキサー4−kと低域通過ディ
ジタルフィルタ5−kとを用いる構成としたが、もちろ
ん他の方法でも良い。例えば、ディジタルヒルベルト変
換器とミキサーを用いて実現できる。また、アナログ信
号処理によりアナログ中間周波信号からアナログ同相・
直交信号を生成して、その後サンプリングとA/D変換
を行ってもよい。以上のように構成しても第1と第2と
第3の実施形態と同様の効果を有する。
In the above-described first to fourth embodiments, the digital in-phase / quadrature signal x k is converted from the digital intermediate frequency signal.
Although the mixer 4-k and the low-pass digital filter 5-k are used as the means for generating (m), other methods may of course be used. For example, it can be realized by using a digital Hilbert transformer and a mixer. In addition, analog signal processing enables analog in-phase and analog in-phase
A quadrature signal may be generated and then sampling and A / D conversion may be performed. Even with the above configuration, the same effects as those of the first, second, and third embodiments can be obtained.

【0156】以上の第2と第3の実施形態の適応ディジ
タルビーム形成装置では、出力信号z(m)の包絡線を
一定に保つように荷重係数wk,sを演算するCMA処理
を実行するように構成したが、本発明はこれに限らず、
参照信号が得られれば、例えばLMS処理のような他の
処理を実行するように構成してもよい。以上のように構
成しても第2と第3の実施形態と同様の効果を有する。
In the adaptive digital beam forming apparatus of the second and third embodiments, the CMA process for calculating the weighting coefficient w k, s is executed so that the envelope of the output signal z (m) is kept constant. However, the present invention is not limited to this,
If the reference signal is obtained, it may be configured to execute other processing such as LMS processing. Even with the above configuration, the same effects as those of the second and third embodiments can be obtained.

【0157】以上の第1乃至第4の実施形態の適応ディ
ジタルビーム形成装置は、アンテナ素子1−1乃至1−
Nが一直線上に配列されたリニアアレーアンテナである
アレーアンテナ100を用いて構成したが、本発明はこ
れに限らず、アンテナ素子が2次元的に配列されたアレ
ーアンテナを用いて構成してもよい。以上のように構成
しても第1乃至第4の実施形態と同様の効果を有する。
The adaptive digital beam forming apparatus according to the first to fourth embodiments described above has the antenna elements 1-1 to 1-
Although the array antenna 100, which is a linear array antenna in which N is arranged in a straight line, is used, the present invention is not limited to this, and an array antenna in which antenna elements are two-dimensionally arranged may be used. Good. Even with the above configuration, the same effects as those of the first to fourth embodiments are obtained.

【0158】[0158]

【発明の効果】本発明に係る請求項1記載のフィルタ係
数演算装置は、上記ディジタルビーム形成装置のサンプ
リング周波数で正規化された正規化時間周波数F1と、
上記素子間隔の逆数で正規化された正規化空間周波数F
2とで形成された2次元周波数平面における所望通過領
域で振幅を有する上記複数のFIR型ディジタルフィル
タのフィルタ係数を演算する上記係数演算手段を備えて
いるので、電波である搬送波を用いる情報伝送に適用す
ることができるディジタルビーム形成装置のためのFI
R型ディジタルフィルタのフィルタ係数を演算すること
ができる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a filter coefficient computing device, which comprises a normalized time frequency F 1 normalized by a sampling frequency of the digital beam forming device,
Normalized spatial frequency F normalized by the reciprocal of the above element spacing
Since the coefficient calculating means for calculating the filter coefficients of the plurality of FIR type digital filters having the amplitude in the desired passing region on the two-dimensional frequency plane formed by 2 and 2 is provided, it is possible to transmit information using a carrier wave which is a radio wave. FI for applicable digital beam former
The filter coefficients of the R-type digital filter can be calculated.

【0159】また、請求項2記載のディジタルビーム形
成装置のためのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ
係数演算装置は、請求項1記載のフィルタ係数演算装置
において、上記係数演算手段は、所定の1次元FIR型
ディジタルフィルタの周波数応答を所定の変数変換する
ことにより、上記所望通過領域に対応しかつ、上記正規
化時間周波数F1と上記正規化空間周波数F2とに関する
周波数応答を演算し、演算された周波数応答を逆フーリ
エ変換することによりインパルス応答を演算し、演算さ
れたインパルス応答に基づいて上記所望通過領域で振幅
を有する上記複数のFIR型ディジタルフィルタのフィ
ルタ係数を演算しているので、ディジタルビーム形成装
置のためのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数
を高速かつ容易に演算することができる。
The filter coefficient calculation device of the FIR digital filter for a digital beam forming device according to claim 2 is the filter coefficient calculation device according to claim 1, wherein the coefficient calculation means is a predetermined one-dimensional FIR. The frequency response of the digital filter is converted into a predetermined variable to calculate the frequency response corresponding to the desired pass region and with respect to the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 . The impulse response is calculated by inverse Fourier transforming the frequency response, and the filter coefficients of the plurality of FIR digital filters having the amplitude in the desired pass region are calculated based on the calculated impulse response. Fast and easy filter coefficient of FIR type digital filter for forming device Can be calculated.

【0160】さらに、請求項3記載のディジタルビーム
形成装置のためのFIR型ディジタルフィルタのフィル
タ係数演算装置は、請求項1又は2記載のFIR型ディ
ジタルフィルタのフィルタ係数演算装置において、上記
係数演算手段は、上記2次元周波数平面において、上記
所望通過領域で所定の振幅を有し、かつ上記第2の軸上
で中心を有し所定の幅を有して負の正規化時間周波数か
ら正の正規化時間周波数に延在するサイドローブレベル
を下げるべき領域で所定の減衰量を有する上記複数のF
IR型ディジタルフィルタのフィルタ係数を演算してい
るので、所望波と干渉波の到来方向が想定される場合に
は、所望波の到来方向にビームを形成しかつ干渉波の到
来方向にヌルを形成するディジタルビーム形成装置のた
めのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数を高速
かつ容易に演算することができる。
Further, the filter coefficient calculation device of the FIR type digital filter for the digital beam forming apparatus according to claim 3 is the filter coefficient calculation device of the FIR type digital filter according to claim 1 or 2, wherein the coefficient calculation means is used. In the two-dimensional frequency plane has a predetermined amplitude in the desired pass region, has a predetermined width centered on the second axis, and has a predetermined width. Of the plurality of F's having a predetermined amount of attenuation in the region where the sidelobe level extending to the signalization time frequency should be lowered.
Since the filter coefficient of the IR type digital filter is calculated, when the arrival directions of the desired wave and the interference wave are assumed, a beam is formed in the arrival direction of the desired wave and a null is formed in the arrival direction of the interference wave. The filter coefficient of the FIR type digital filter for the digital beam forming apparatus can be calculated at high speed and easily.

【0161】また、請求項4記載のディジタルビーム形
成装置のためのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ
係数演算装置は、請求項2記載のFIR型ディジタルフ
ィルタのフィルタ係数演算装置において、上記係数演算
手段は、上記1次元FIR型ディジタルフィルタの通過
領域を上記2次元周波数平面上で回転させて、当該回転
させた通過領域を上記2次元周波数平面上で平行移動さ
せることにより変数変換して、上記所望通過領域に対応
する、上記正規化時間周波数F1と上記正規化空間周波
数F2とに関する周波数応答を演算し、演算された周波
数応答を逆フーリエ変換することによりインパルス応答
を演算し、演算されたインパルス応答に基づいて上記所
望通過領域で振幅を有する上記複数のFIR型ディジタ
ルフィルタのフィルタ係数を演算している。これによっ
て、所望波の到来方向にビームを形成しかつ当該ビーム
の近傍にヌルを形成するディジタルビーム形成装置のた
めのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数を高速
かつ容易に演算することができる。
The filter coefficient calculation device of the FIR type digital filter for the digital beam forming apparatus according to claim 4 is the filter coefficient calculation device of the FIR type digital filter according to claim 2, wherein the coefficient calculation means is: The pass region of the one-dimensional FIR digital filter is rotated on the two-dimensional frequency plane, and the rotated pass region is translated on the two-dimensional frequency plane to perform variable conversion, and thus the desired pass region. Corresponding to the above-mentioned normalized time frequency F 1 and the above-mentioned normalized spatial frequency F 2 are calculated, and the impulse response is calculated by inverse Fourier transforming the calculated frequency response, and the calculated impulse response is calculated. Of the plurality of FIR digital filters having an amplitude in the desired pass region based on The data coefficient is calculated. As a result, the filter coefficient of the FIR type digital filter for forming the beam in the arrival direction of the desired wave and forming the null in the vicinity of the beam can be calculated at high speed and easily.

【0162】また、請求項5記載のディジタルビーム形
成装置のためのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ
係数演算装置は、請求項2又は3記載のFIR型ディジ
タルフィルタのフィルタ係数演算装置において、上記係
数演算手段は、上記ディジタルビーム形成装置によって
形成されるビームパターンが周波数に対して変化しない
ように、上記1次元FIR型ディジタルフィルタの周波
数応答を変数変換することにより、上記所望通過領域に
対応しかつ、上記正規化時間周波数F1と上記正規化空
間周波数F2とに関する周波数応答を演算し、演算され
た周波数応答を逆フーリエ変換することによりインパル
ス応答を演算し、演算されたインパルス応答に基づいて
上記所望通過領域で所定の振幅を有する上記複数のFI
R型ディジタルフィルタのフィルタ係数を演算してい
る。これによって、所望波と干渉波の到来方向が想定さ
れる場合には、所望波の到来方向にビームを形成しかつ
干渉波の到来方向にヌルを形成するディジタルビーム形
成装置のためのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ
係数を高速かつ容易に演算することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a filter coefficient calculation device for a FIR digital filter for a digital beam forming apparatus according to the second or third aspect, wherein the coefficient calculation means is the filter coefficient calculation device. Responds to the desired pass region by converting the frequency response of the one-dimensional FIR digital filter into a variable so that the beam pattern formed by the digital beam forming device does not change with frequency, and The impulse response is calculated by calculating the frequency response related to the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2, and performing the inverse Fourier transform on the calculated frequency response, and based on the calculated impulse response, the desired impulse response is calculated. The plurality of FIs having a predetermined amplitude in the pass region
The filter coefficient of the R type digital filter is calculated. As a result, when the arrival directions of the desired wave and the interference wave are assumed, a FIR digital type for a digital beam forming apparatus that forms a beam in the arrival direction of the desired wave and forms a null in the arrival direction of the interference wave. The filter coefficient of the filter can be calculated quickly and easily.

【0163】本発明に係る請求項6記載のディジタルビ
ーム形成装置のためのFIR型ディジタルフィルタは、
上記フィルタ係数が請求項1乃至5のうちの1つに記載
のフィルタ係数演算装置によって演算されて設定される
ので、電波である搬送波を用いる情報伝送に使用される
ディジタルビーム形成装置に使用することができる。
An FIR type digital filter for a digital beam forming apparatus according to claim 6 of the present invention comprises:
Since the filter coefficient is calculated and set by the filter coefficient calculating device according to claim 1, it is used for a digital beam forming device used for information transmission using a carrier wave which is a radio wave. You can

【0164】本発明に係る請求項7記載のディジタルビ
ーム形成装置は、上記アレーアンテナと、上記変換手段
と、それぞれ複数のフィルタ係数に基づいて上記変換手
段から出力される上記複数のディジタル信号をろ波して
出力する複数のFIR型ディジタルフィルタと上記FI
R型ディジタルフィルタから出力される複数のろ波後の
ディジタル信号を加算して出力する加算器とを含むDB
F回路とを備え、上記複数のFIR型ディジタルフィル
タの複数のフィルタ係数は、請求項1乃至5のうちの1
つに記載のフィルタ係数演算装置によって演算されるの
で、広帯域のビームを所望の方向に形成することがで
き、当該ビームに対応した広帯域の所望の信号である受
信信号を出力することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a digital beam forming apparatus, wherein the array antenna, the converting means, and the plurality of digital signals output from the converting means are filtered based on a plurality of filter coefficients. A plurality of FIR digital filters for wave output and the FI
A DB including an adder for adding and outputting a plurality of filtered digital signals output from the R-type digital filter
An F circuit, wherein the plurality of filter coefficients of the plurality of FIR digital filters are one of claims 1 to 5.
Since it is calculated by the filter coefficient calculating device described in No. 3, it is possible to form a wide band beam in a desired direction and output a received signal which is a wide band desired signal corresponding to the beam.

【0165】本発明に係る請求項8記載のディジタルビ
ーム形成装置は、上記複数のビーム形成手段と、上記信
号選択手段とを備えているので、上記係数制御手段にお
いて演算するべき広帯域のビームを形成するための荷重
係数を、従来例に比較して少なくできる。これによっ
て、上記係数制御手段の構成を簡単にできる。
Since the digital beam forming apparatus according to claim 8 of the present invention comprises the plurality of beam forming means and the signal selecting means, it forms a wide band beam to be calculated by the coefficient controlling means. The load factor for doing so can be reduced compared to the conventional example. As a result, the structure of the coefficient control means can be simplified.

【0166】また、請求項9記載のディジタルビーム形
成装置は、請求項8記載のディジタルビーム形成装置に
おいて、上記複数(N×B)個のFIR型ディジタルフ
ィルタの複数のフィルタ係数は、請求項1乃至5のうち
の1つに記載のフィルタ係数演算装置によって演算され
ているので、FIR型ディジタルフィルタのフィルタ係
数を高速かつ容易に演算することができる。
The digital beam forming apparatus according to claim 9 is the digital beam forming apparatus according to claim 8, wherein the plurality of (N × B) FIR digital filters have a plurality of filter coefficients. Since it is calculated by the filter coefficient calculation device described in any one of 1 to 5, the filter coefficient of the FIR type digital filter can be calculated at high speed and easily.

【0167】本発明に係る請求項10記載のディジタル
ビーム形成装置は、第1のビームに対応する複数B個の
第1のビーム受信信号を出力するビーム形成手段と、複
数(L×B)個のFIR型ディジタルフィルタと、複数
B個の第2の加算器と、上記信号選択手段とを備えてい
るので、請求項8記載のディジタルビーム形成装置に比
較して、フィルタ係数の演算量をさらに少なくできる。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a digital beam forming apparatus comprising: beam forming means for outputting a plurality of B first beam reception signals corresponding to the first beam; and a plurality of (L × B) beam forming means. The FIR type digital filter, the plurality of B second adders, and the signal selecting means are provided, so that the calculation amount of the filter coefficient is further increased as compared with the digital beam forming apparatus according to claim 8. Can be reduced.

【0168】また、請求項11記載のディジタルビーム
形成装置は、請求項10記載のディジタルビーム形成装
置において、上記複数(L×B)個のFIR型ディジタ
ルフィルタの複数のフィルタ係数は、請求項1又は2記
載のフィルタ係数演算装置によって演算されているの
で、FIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数を高速
で演算することができる。
The digital beam forming apparatus according to claim 11 is the digital beam forming apparatus according to claim 10, wherein the plurality of (L × B) FIR digital filters have a plurality of filter coefficients. Alternatively, since it is calculated by the filter coefficient calculation device described in 2, the filter coefficient of the FIR type digital filter can be calculated at high speed.

【0169】さらに、請求項12記載のディジタルビー
ム形成装置は、請求項8、9、10又は11記載のディ
ジタルビーム形成装置において、上記係数制御手段は、
上記ディジタルビーム形成装置から出力される信号の包
絡線を一定に保つように、上記各荷重係数を演算するの
で、送信機から送信される送信信号の包絡線が一定であ
るFM信号、FSK信号、PSK信号などを受信する場
合、所望信号の入射方向に関する事前知識を必要としな
いで、干渉信号を抑圧して所望信号を抽出することがで
きる。
Further, the digital beam forming apparatus according to claim 12 is the digital beam forming apparatus according to claim 8, 9, 10 or 11, wherein the coefficient control means is
Since each of the weighting factors is calculated so that the envelope of the signal output from the digital beam forming device is kept constant, the FM signal and the FSK signal in which the envelope of the transmission signal transmitted from the transmitter is constant, When receiving a PSK signal or the like, the interference signal can be suppressed and the desired signal can be extracted without requiring prior knowledge about the incident direction of the desired signal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係る第1の実施形態のディジタルビ
ーム形成装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a digital beam forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1のディジタルビーム形成装置のFIR型
ディジタルフィルタの構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an FIR digital filter of the digital beam forming apparatus of FIG.

【図3】 (a)は、図1のDBF回路6の動作原理を
説明するための、周波数−角度平面において所望方向の
ビームを示すグラフであり、(b)は、(a)の周波数
−角度平面における所望方向のビームを2次元周波数平
面に変換したときの所望通過域を示すグラフである。
3A is a graph showing a beam in a desired direction on a frequency-angle plane, for explaining the operation principle of the DBF circuit 6 in FIG. 1, and FIG. It is a graph which shows the desired passband when the beam of the desired direction in an angle plane is converted into a two-dimensional frequency plane.

【図4】 (a)は、数8で表されるFIRディジタル
フィルタの周波数応答P(F2)を2次元周波数平面に
示したグラフであり、(b)は、(a)で示した周波数
応答P(F2)を2次元周波数平面上で所定の角度だけ
回転させたグラフであり、(c)は、(b)で示した回
転された周波数応答P(F2)を2次元周波数平面上で
平行移動して、図3(b)に示した所望通過域と一致さ
せた時のグラフである。
FIG. 4A is a graph showing the frequency response P (F 2 ) of the FIR digital filter represented by Equation 8 on a two-dimensional frequency plane, and FIG. 4B is a graph showing the frequency shown in FIG. It is a graph in which the response P (F 2 ) is rotated by a predetermined angle on the two-dimensional frequency plane, and (c) shows the rotated frequency response P (F 2 ) shown in (b). FIG. 4 is a graph when the above-mentioned parallel movement is made to match the desired pass band shown in FIG.

【図5】 2次元周波数平面上に2次元スペクトルSp
を模式的に示した図である。
FIG. 5 is a two-dimensional spectrum Sp on a two-dimensional frequency plane.
It is the figure which showed typically.

【図6】 本発明に係る第2の実施形態の適応ディジタ
ルビーム形成装置のブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram of an adaptive digital beam forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図7】 図6の適応ディジタルビーム形成装置によっ
て放射される放射ビームの放射パターンを示すグラフで
ある。
7 is a graph showing a radiation pattern of a radiation beam emitted by the adaptive digital beam forming apparatus of FIG.

【図8】 本発明に係る第3の実施形態の適応ディジタ
ルビーム形成装置のブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram of an adaptive digital beam forming apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図9】 第1の従来例の適応ディジタルビーム形成装
置の構成を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an adaptive digital beam forming apparatus of a first conventional example.

【図10】 第2の従来例の適応ディジタルビーム形成
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of an adaptive digital beam forming apparatus of a second conventional example.

【図11】 図8の第2のマルチビーム形成器7bの構
成を示すブロック図である。
11 is a block diagram showing a configuration of a second multi-beam former 7b of FIG.

【図12】 本発明に係る第4の実施形態において、数
6を1次元周波数Fをパラメータとして2次元周波数平
面上に表したときのグラフである。
FIG. 12 is a graph when Expression 6 is expressed on a two-dimensional frequency plane using the one-dimensional frequency F as a parameter in the fourth embodiment of the present invention.

【図13】 (a)は、第4の実施形態におけるDBF
回路6の動作原理を説明するための、周波数−角度平面
において所望方向のビームとサイドローブレベルを下げ
るべき領域とを示すグラフであり、(b)は、(a)の
周波数−角度平面における所望方向のビームとサイドロ
ーブレベルを下げるべき領域とを2次元周波数平面に変
換したときの所望通過域とサイドローブレベルを下げる
べき領域とを示すグラフである。
FIG. 13A is a DBF in the fourth embodiment.
6 is a graph showing a beam in a desired direction and a region in which a side lobe level should be lowered in a frequency-angle plane, for explaining the operating principle of the circuit 6, and FIG. 7 is a graph showing a desired pass band and a region where the side lobe level should be lowered when the beam in the direction and the region where the side lobe level should be lowered are converted into a two-dimensional frequency plane.

【図14】 第4の実施形態において、入射角θ=56
°の方向に広帯域のビームを形成したときの指向特性を
示すグラフである。
FIG. 14 shows an incident angle θ = 56 in the fourth embodiment.
9 is a graph showing directional characteristics when a broadband beam is formed in the direction of °.

【図15】 第4の実施形態において、入射角θ=60
°の方向に広帯域のビームを形成し、入射角θが−50
°乃至−20°の方向のサイドローブレベルを低くした
ときの指向特性を示すグラフである。
FIG. 15 shows an incident angle θ = 60 in the fourth embodiment.
A wide-angle beam is formed in the direction of °, and the incident angle θ is -50.
It is a graph which shows the directional characteristic when the side lobe level in the direction of ° to -20 ° is lowered.

【図16】 第4の実施形態において、所望波の入射角
θ=25°とし、干渉波の入射角θを35°及び−50
°として、干渉信号を抑圧するように荷重係数を演算し
たときの指向特性を示すグラフである。
FIG. 16 In the fourth embodiment, the incident angle θ of the desired wave is set to 25 °, and the incident angle θ of the interference wave is set to 35 ° and −50.
9 is a graph showing the directional characteristics when the weighting factor is calculated so that the interference signal is suppressed, where ° is set.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−1乃至1−N…アンテナ素子、 2−1乃至2−N…受信機、 3−1乃至3−N…A/D変換器、 4−1乃至4−N…ミキサー、 5−1乃至5−N…低域通過ディジタルフィルタ、 6…DBF回路、 7a…第1のマルチビーム形成器、 7b…第2のマルチビーム形成器、 7c…第3のマルチビーム形成器、 7−1−1乃至7−B−N,9−1乃至9−N,7c−
1−1乃至7c−B−2…FIR型ディジタルフィル
タ、 8…信号選択器、 10,10−1乃至10−B,93−1乃至93−(q
−1)…加算器、 11a…第1の係数制御器、 11b…第2の係数制御器、 12−1乃至12−M,92−1乃至92−q…乗算
器、 13…FIR型ディジタルフィルタ係数演算器、 60…ディジタル局部発振器、 91−1乃至91−(q−1)…遅延器、 100…アレーアンテナ。
1-1 to 1-N ... Antenna element, 2-1 to 2-N ... Receiver, 3-1 to 3-N ... A / D converter, 4-1 to 4-N ... Mixer, 5-1 to 5-N ... Low-pass digital filter, 6 ... DBF circuit, 7a ... First multi-beam former, 7b ... Second multi-beam former, 7c ... Third multi-beam former, 7-1-1 To 7-BN, 9-1 to 9-N, 7c-
1-1 to 7c-B-2 ... FIR type digital filter, 8 ... Signal selector, 10, 10-1 to 10-B, 93-1 to 93- (q
-1) ... Adder, 11a ... First coefficient controller, 11b ... Second coefficient controller, 12-1 to 12-M, 92-1 to 92-q ... Multiplier, 13 ... FIR digital filter Coefficient calculator, 60 ... Digital local oscillator, 91-1 to 91- (q-1) ... Delay device, 100 ... Array antenna.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01Q 25/00 H01Q 25/00 H03H 17/02 601 9274−5J H03H 17/02 601C (72)発明者 アブデセラム・クルーシェ・ジェディ 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内 (72)発明者 三浦 龍 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内 (72)発明者 唐沢 好男 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷5 番地 株式会社エイ・ティ・アール光電波 通信研究所内Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical indication location H01Q 25/00 H01Q 25/00 H03H 17/02 601 9274-5J H03H 17/02 601C (72) Inventor Abdeseram CLOUCHE JEDY 5 Sanrai-ya, Seiya-cho, Soraku-gun, Kyoto Pref. 5 Hiratani, A.R. Optical Communications Research Institute, Inc. (72) Ryu Miura 5 Sanrai-tani, Seiraku-cho, Seika-cho, Kyoto Pref. ATR Optical Communication Research Institute (72) Inventor Yoshio Karasawa 5 Seiraya, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto Pref. 5 Hiratani, ATR Optical Communication Research Institute, Inc.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のアンテナ素子が1直線上に所定の
素子間隔で並置されたリニアアレーアンテナを用いて、
上記複数のアンテナ素子に対応してそれぞれ設けられ、
所望の入射角の方向でビームを形成するディジタルビー
ム形成装置のための複数のFIR型ディジタルフィルタ
のフィルタ係数演算装置であって、 上記ディジタルビーム形成装置のサンプリング周波数で
正規化された正規化時間周波数F1の第1の軸と、上記
素子間隔の逆数で正規化された正規化空間周波数F2
第2の軸とで形成された2次元周波数平面において、第
2の軸上で中心を有し、所定の幅を有して負の正規化時
間周波数から正の正規化時間周波数に延在する所望通過
領域で所定の振幅を有する上記複数のFIR型ディジタ
ルフィルタのフィルタ係数を演算する係数演算手段を備
えたことを特徴とするディジタルビーム形成装置のため
のFIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数演算装
置。
1. A linear array antenna in which a plurality of antenna elements are juxtaposed on one straight line at predetermined element intervals,
Provided corresponding to the plurality of antenna elements,
A filter coefficient calculation device for a plurality of FIR digital filters for forming a beam in a direction of a desired incident angle, the normalization time frequency being normalized by a sampling frequency of the digital beam forming device. In the two-dimensional frequency plane formed by the first axis of F 1 and the second axis of the normalized spatial frequency F 2 that is normalized by the reciprocal of the element spacing, the center is located on the second axis. Then, a coefficient calculation for calculating the filter coefficient of the plurality of FIR digital filters having a predetermined amplitude in a desired pass region having a predetermined width and extending from the negative normalized time frequency to the positive normalized time frequency An apparatus for calculating a filter coefficient of an FIR type digital filter for a digital beam forming apparatus, characterized by comprising:
【請求項2】 請求項1記載のFIR型ディジタルフィ
ルタのフィルタ係数演算装置において、 上記係数演算手段は、所定の1次元FIR型ディジタル
フィルタの周波数応答を所定の変数変換することによ
り、上記所望通過領域に対応しかつ、上記正規化時間周
波数F1と上記正規化空間周波数F2とに関する周波数応
答を演算し、演算された周波数応答を逆フーリエ変換す
ることによりインパルス応答を演算し、演算されたイン
パルス応答に基づいて上記所望通過領域で振幅を有する
上記複数のFIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数
を演算することを特徴とするディジタルビーム形成装置
のためのFIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数演
算装置。
2. The filter coefficient calculation device for a FIR digital filter according to claim 1, wherein the coefficient calculation means converts the frequency response of a predetermined one-dimensional FIR digital filter by a predetermined variable to obtain the desired pass. The frequency response corresponding to the region and related to the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 is calculated, and the impulse response is calculated by performing an inverse Fourier transform on the calculated frequency response. A filter coefficient calculation device for a FIR digital filter for a digital beam forming device, which calculates a filter coefficient of the plurality of FIR digital filters having an amplitude in the desired pass region based on an impulse response.
【請求項3】 請求項1又は2記載のFIR型ディジタ
ルフィルタのフィルタ係数演算装置において、 上記係数演算手段は、上記2次元周波数平面において、
上記所望通過領域で所定の振幅を有し、かつ上記第2の
軸上で中心を有し所定の幅を有して負の正規化時間周波
数から正の正規化時間周波数に延在するサイドローブレ
ベルを下げるべき領域で所定の減衰量を有する上記複数
のFIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数を演算す
ることを特徴とするディジタルビーム形成装置のための
FIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数演算装置。
3. The filter coefficient calculation device for an FIR digital filter according to claim 1, wherein the coefficient calculation means is in the two-dimensional frequency plane.
Side lobes having a predetermined amplitude in the desired pass region, a center on the second axis, a predetermined width, and extending from a negative normalized time frequency to a positive normalized time frequency. A filter coefficient calculation device for a FIR digital filter for a digital beam forming device, which calculates filter coefficients of the plurality of FIR digital filters having a predetermined amount of attenuation in a region where the level should be lowered.
【請求項4】 請求項2記載のFIR型ディジタルフィ
ルタのフィルタ係数演算装置において、 上記係数演算手段は、上記1次元FIR型ディジタルフ
ィルタの通過領域を上記2次元周波数平面上で回転させ
て、当該回転させた通過領域を上記2次元周波数平面上
で平行移動させることにより変数変換して、上記所望通
過領域に対応する、上記正規化時間周波数F1と上記正
規化空間周波数F2とに関する周波数応答を演算し、演
算された周波数応答を逆フーリエ変換することによりイ
ンパルス応答を演算し、演算されたインパルス応答に基
づいて上記所望通過領域で振幅を有する上記複数のFI
R型ディジタルフィルタのフィルタ係数を演算すること
を特徴とするディジタルビーム形成装置のためのFIR
型ディジタルフィルタのフィルタ係数演算装置。
4. The filter coefficient calculation device for a FIR digital filter according to claim 2, wherein the coefficient calculation means rotates the pass region of the one-dimensional FIR digital filter on the two-dimensional frequency plane, A frequency response regarding the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 corresponding to the desired pass region is obtained by performing variable conversion by translating the rotated pass region in parallel on the two-dimensional frequency plane. To calculate an impulse response by performing an inverse Fourier transform on the calculated frequency response, and based on the calculated impulse response, the plurality of FIs having an amplitude in the desired pass region.
FIR for digital beam former characterized by calculating filter coefficient of R type digital filter
-Type digital filter filter coefficient calculator.
【請求項5】 請求項2又は3記載のFIR型ディジタ
ルフィルタのフィルタ係数演算装置において、 上記係数演算手段は、上記ディジタルビーム形成装置に
よって形成されるビームパターンが周波数に対して変化
しないように、上記1次元FIR型ディジタルフィルタ
の周波数応答を変数変換することにより、上記所望通過
領域に対応しかつ、上記正規化時間周波数F1と上記正
規化空間周波数F2とに関する周波数応答を演算し、演
算された周波数応答を逆フーリエ変換することによりイ
ンパルス応答を演算し、演算されたインパルス応答に基
づいて上記所望通過領域で所定の振幅を有する上記複数
のFIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数を演算す
ることを特徴とするディジタルビーム形成装置のための
FIR型ディジタルフィルタのフィルタ係数演算装置。
5. The filter coefficient calculation device for an FIR digital filter according to claim 2, wherein the coefficient calculation means is configured so that the beam pattern formed by the digital beam forming device does not change with respect to frequency. By performing variable conversion of the frequency response of the one-dimensional FIR digital filter, the frequency response corresponding to the desired pass region and regarding the normalized time frequency F 1 and the normalized spatial frequency F 2 is calculated, Calculating an impulse response by performing an inverse Fourier transform on the obtained frequency response, and calculating filter coefficients of the plurality of FIR type digital filters having a predetermined amplitude in the desired pass region based on the calculated impulse response. FIR digital filter for a characteristic digital beam former Filter coefficient calculation device.
【請求項6】 請求項1乃至5のうちの1つに記載のF
IR型ディジタルフィルタのフィルタ係数演算装置によ
って演算された上記複数のFIR型ディジタルフィルタ
のフィルタ係数が設定されたことを特徴とするディジタ
ルビーム形成装置のためのFIR型ディジタルフィル
タ。
6. F according to one of claims 1 to 5.
An FIR digital filter for a digital beam forming apparatus, wherein the filter coefficients of the plurality of FIR digital filters calculated by the filter coefficient calculation device of the IR digital filter are set.
【請求項7】 複数のアンテナ素子からなるアレーアン
テナと、 上記各アンテナ素子によって受信された各受信信号をそ
れぞれA/D変換して、上記各受信信号に対応する各デ
ィジタル信号を出力する変換手段と、 それぞれ複数のフィルタ係数に基づいて、上記変換手段
から出力される上記複数のディジタル信号をろ波して出
力する複数のFIR型ディジタルフィルタと、上記複数
のFIR型ディジタルフィルタから出力される複数のろ
波後のディジタル信号を加算して加算後の信号を出力信
号として出力する加算器とを含むDBF回路とを備え、 上記複数のFIR型ディジタルフィルタの複数のフィル
タ係数は、請求項1乃至5のうちの1つに記載のフィル
タ係数演算装置によって演算されたことを特徴とするデ
ィジタルビーム形成装置。
7. An array antenna comprising a plurality of antenna elements, and conversion means for A / D converting each reception signal received by each antenna element and outputting each digital signal corresponding to each reception signal. A plurality of FIR type digital filters for filtering and outputting the plurality of digital signals output from the converting means based on a plurality of filter coefficients, and a plurality of output types from the plurality of FIR type digital filters. A DBF circuit including an adder for adding the filtered digital signals and outputting the added signal as an output signal, wherein a plurality of filter coefficients of the plurality of FIR digital filters are provided. 5. A digital beam forming apparatus which is calculated by the filter coefficient calculating apparatus according to any one of 5 above.
【請求項8】 複数N個のアンテナ素子からなるアレー
アンテナと、 上記各アンテナ素子によって受信された各受信信号をそ
れぞれA/D変換して、上記各受信信号に対応する各デ
ィジタル信号を出力する変換手段と、 上記各アンテナ素子に対して複数N個のFIR型ディジ
タルフィルタが対応しかつ形成すべき複数B個のビーム
の各ビームに対して複数N個のFIR型ディジタルフィ
ルタが対応するように設けられ、それぞれ上記各ディジ
タル信号を予め決められたフィルタ係数に従ってろ波し
て出力する複数(N×B)個のFIR型ディジタルフィ
ルタと、それぞれ上記各ビームを形成するための複数N
個のFIR型ディジタルフィルタから出力される複数N
個の信号を加算して出力する複数B個の加算器とを備
え、上記変換手段から出力される各ディジタル信号に基
づいて、複数B個の異なる方向にそれぞれビームを形成
して、当該ビームに対応する複数B個のビーム受信信号
を出力するビーム形成手段と、 上記ビーム形成手段から出力される複数B個のビーム受
信信号から複数M個のビーム受信信号を選択して出力す
る信号選択手段と、 上記信号選択手段から入力される上記複数M個のビーム
受信信号と入力される複数M個の荷重係数とをそれぞれ
乗算して乗算結果の信号を出力する複数M個の乗算器
と、 上記信号選択手段から出力される複数M個のビーム受信
信号に基づいて、少なくとも所望信号の周波数を含む所
定の周波数範囲において、上記アレーアンテナの主ビー
ムを所望信号の到来方向に向けかつ干渉信号の到来方向
の受信信号のレベルを零にするような上記複数M個の荷
重係数を上記各乗算器に対して演算して、当該複数M個
の荷重係数をそれぞれ対応する上記各乗算器に出力する
係数制御手段と、 上記複数M個の乗算器から出力される複数M個の乗算結
果の信号を加算して受信信号として出力する加算手段と
を備えたことを特徴とするディジタルビーム形成装置。
8. An array antenna composed of a plurality of N antenna elements and A / D-converted each received signal received by each antenna element to output each digital signal corresponding to each received signal. A plurality of N FIR type digital filters correspond to the conversion means and the antenna elements, and a plurality N of FIR type digital filters correspond to each of the plurality of B beams to be formed. A plurality of (N × B) FIR type digital filters which are respectively provided to filter each digital signal according to a predetermined filter coefficient and output the same, and a plurality N to form each beam.
N output from each FIR digital filter
A plurality of B adders that add and output a plurality of signals, form beams in a plurality of B different directions based on the respective digital signals output from the conversion means, and form the beams into the beams. Beam forming means for outputting a corresponding plurality of B beam reception signals, and signal selecting means for selecting and outputting a plurality of M beam reception signals from the plurality of B beam reception signals output from the beam forming means A plurality of M multipliers for respectively multiplying the plurality M of beam reception signals input from the signal selection means and a plurality of M weight coefficients input, and outputting a signal of a multiplication result; Arrival of the desired signal from the main beams of the array antenna in a predetermined frequency range including at least the frequency of the desired signal based on the plurality of M beam reception signals output from the selection means. A plurality of M weighting factors for directing the received signal in the direction of arrival of the interference signal to make the level of the received signal zero are calculated for each of the multipliers, and the plurality of M weighting factors are respectively corresponded. And a coefficient control unit for outputting to each of the multipliers, and an adding unit for adding a plurality of M multiplication result signals output from the plurality of M multipliers and outputting as a reception signal. Digital beam former.
【請求項9】 請求項8記載のディジタルビーム形成装
置において、上記複数(N×B)個のFIR型ディジタ
ルフィルタの複数のフィルタ係数は、請求項1乃至5の
うちの1つに記載のフィルタ係数演算装置によって演算
されたことを特徴とするディジタルビーム形成装置。
9. The digital beam forming apparatus according to claim 8, wherein the plurality of (N × B) FIR digital filters have a plurality of filter coefficients. A digital beam forming apparatus characterized by being calculated by a coefficient calculating device.
【請求項10】 複数N個のアンテナ素子からなるアレ
ーアンテナと、 上記各アンテナ素子によって受信された各受信信号をそ
れぞれA/D変換して、上記各受信信号に対応する各デ
ィジタル信号を出力する変換手段と、 上記各アンテナ素子に対して複数N個の荷重係数器が対
応しかつ形成すべき複数B個の第1のビームの各第1の
ビームに対して複数N個の荷重係数器が対応するように
設けられ、それぞれ上記各ディジタル信号を予め決めら
れた第1の荷重係数で乗算して出力する複数(N×B)
個の荷重係数器と、それぞれ上記各第1のビームを形成
するための複数N個の荷重係数器から出力される複数N
個の信号を加算して出力する複数B個の第1の加算器と
を備え、上記変換手段から出力される各ディジタル信号
に基づいて、複数B個の異なる方向にそれぞれ第1のビ
ームを形成して、当該第1のビームに対応する複数B個
の第1のビーム受信信号を出力するビーム形成手段と、 上記各第1のビーム受信信号に対して複数L個のFIR
型ディジタルフィルタが対応し、かつ形成すべき複数B
個の第2のビームの各第2のビームに対して複数L個の
FIR型ディジタルフィルタが対応するように設けら
れ、それぞれ上記各第1のビーム受信信号を、上記複数
B個の第2のビームを形成するように予め決められた複
数のフィルタ係数でろ波して出力する複数(L×B)個
のFIR型ディジタルフィルタと、 それぞれ上記各第2のビームを形成するための複数L個
のFIR型ディジタルフィルタから出力される複数L個
の信号を加算して上記各第2のビームに対応した各第2
のビーム受信信号を出力する複数B個の第2の加算器
と、 上記複数B個の加算器から出力される複数B個の第2の
ビーム受信信号から複数M個の第2のビーム受信信号を
選択して出力する信号選択手段と、 上記信号選択手段から入力される上記複数M個の第2の
ビーム受信信号と入力される複数M個の第2の荷重係数
とをそれぞれ乗算して乗算結果の信号を出力する複数M
個の乗算器と、 上記信号選択手段から出力される複数M個の第2のビー
ム受信信号に基づいて、少なくとも所望信号の周波数を
含む所定の周波数範囲において、上記アレーアンテナの
主ビームを所望信号の到来方向に向けかつ干渉信号の到
来方向の受信信号のレベルを零にするような上記複数M
個の第2の荷重係数を上記各乗算器に対して演算して、
当該複数M個の第2の荷重係数をそれぞれ対応する上記
各乗算器に出力する係数制御手段と、 上記複数M個の乗算器から出力される複数M個の乗算結
果の信号を加算して受信信号として出力する加算手段と
を備えたことを特徴とするディジタルビーム形成装置。
10. An array antenna composed of a plurality of N antenna elements, and A / D-converts each reception signal received by each antenna element, and outputs each digital signal corresponding to each reception signal. A plurality of N weighting factors correspond to the converting means and a plurality of N weighting factors for each of the antenna elements, and a plurality of N weighting factors for each of the first beams of the B first beams to be formed. A plurality (N × B) which are provided so as to correspond to each other, and which multiply the respective digital signals by a predetermined first weighting factor and output the result.
Number of weighting factors and a plurality of N numbering factors output from the plurality of N numbering factors for forming each of the first beams.
A plurality of B first adders for adding and outputting a plurality of signals, and forming a first beam in each of a plurality of B different directions based on each digital signal output from the conversion means. Beam forming means for outputting a plurality B of first beam reception signals corresponding to the first beam, and a plurality of L FIRs for each of the first beam reception signals.
Type B digital filter is compatible and should be formed
A plurality of L FIR type digital filters are provided so as to correspond to the respective second beams of the second beams, and each of the first beam reception signals is supplied to the plurality of B second beams. A plurality of (L × B) FIR digital filters that are filtered with a plurality of predetermined filter coefficients so as to form a beam and output, and a plurality of L number of L-type digital filters for forming each of the second beams. A plurality of L signals output from the FIR type digital filter are added to each second beam corresponding to each second beam.
B second adders for outputting the beam reception signals, and M second beam reception signals from the B second beam reception signals output from the B adders. And a plurality of M second beam reception signals input from the signal selection unit and a plurality of M second weighting factors input and multiplied. Multiple M outputs the resulting signal
Number of multipliers and a plurality of M second beam reception signals output from the signal selecting means, the main beam of the array antenna is set to a desired signal in a predetermined frequency range including at least the frequency of the desired signal. Of the plurality of Ms so that the level of the received signal in the arrival direction of the interference signal and in the arrival direction of the interference signal is zero.
The second weighting factors are calculated for each of the multipliers,
Coefficient control means for outputting the plurality of M second load coefficients to the corresponding multipliers, and a plurality of M multiplication result signals output from the plurality M of multipliers are added and received. A digital beam forming apparatus comprising: an addition unit that outputs a signal.
【請求項11】 請求項10記載のディジタルビーム形
成装置において、上記複数(L×B)個のFIR型ディ
ジタルフィルタの複数のフィルタ係数は、請求項1乃至
5のうちの1つに記載のフィルタ係数演算装置によって
演算されたことを特徴とするディジタルビーム形成装
置。
11. The digital beam forming apparatus according to claim 10, wherein the plurality of (L × B) FIR digital filters have a plurality of filter coefficients. A digital beam forming apparatus characterized by being calculated by a coefficient calculating device.
【請求項12】 上記係数制御手段は、上記ディジタル
ビーム形成装置から出力される信号の包絡線を一定に保
つように、上記各荷重係数を演算することを特徴とする
請求項8、9、10又は11記載のディジタルビーム形
成装置。
12. The coefficient control means calculates each of the weighting factors so that the envelope of a signal output from the digital beam forming device is kept constant. Alternatively, the digital beam forming apparatus according to item 11.
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