JPH11118898A

JPH11118898A - 電波方位計測システム

Info

Publication number: JPH11118898A
Application number: JP28661297A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Tamai; 一樹玉井; Shiyouji Amatatsu; 松次天辰
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は電波方位計測システムに関し、到来
電波の方位角を正確に測定することができる電波方位計
測システムを提供することを目的としている。【解決手段】電波を受信するアンテナと、該到来電波
の方位角を検出する方位角検出手段と、受信信号をＩＦ
周波数に変換する変換手段と、ＩＦ周波数を検波する検
波手段と、該検波手段の出力を受けて自アンテナパター
ンと検波波形とを周波数毎に相関演算する相関演算手段
と、該相関演算手段の出力を受けて相関後の最大値を検
出する最大値検出手段とにより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電波方位計測システ
ムに関する。本発明は、不特定又は特定された電波発射
源の方位を検出する装置全般に適用される。

【０００２】電波利用が増大している近年において、こ
れらの電波による電波環境の悪化が問題となっている。
このような状況を把握、改善するため、電波発信源の方
位検出、任意の場所による電波状況の計測及び分析が必
要不可欠となってくる。

【０００３】このため、電波発射源にあたるレーダや通
信装置等の送信器から発射される送信波を受信すべく、
より正確な電波到来方向（方位）を測定することを目的
としている。

【０００４】

【従来の技術】図８は従来方式の概念図である。図にお
いて、１は回転アンテナ、２は該到来電波の方位角を検
出する方位角検出部、３は該方位角検出部２の出力を受
けてるＩＦ周波数に変換する受信機、４は該受信機の出
力を検波する検波器である。該検波器４から受信信号が
取り出される。

【０００５】このように構成されたシステムにおいて、
回転アンテナ１は３６０゜の回転を行なう。方位角検出
部２は、０゜〜３６０゜の方向の方位角を検出する。受
信機３は該方位角毎に出力される受信信号を受けてＩＦ
周波数に変換する。検波器４はこの受信機３の出力を受
けて本来の信号を抽出し、出力する。

【０００６】このような従来の方式では、到来電波の受
信レベルを自アンテナ回転により得られる角度信号毎に
受信し、その最大レベルＰｍを到来方位と判断してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】検波器４出力の最大レ
ベル時の角度を単純に到来方位とする場合、方位精度に
問題が生じてくる。これは、自アンテナの特性及びアン
テナの設置精度に大きく影響され、自アンテナの特性に
ついては、アンテナパターン歪及び周波数変化によるア
ンテナボアサイト変移（アンテナの回転軸が周波数によ
り変移すること）による誤差の影響があげられる。つま
り、最大値Ｐｍが必ずしも方位角度とは限らないという
問題が生じる。

【０００８】アンテナの位置精度については、機械軸
（構造上の中心：角度に対応）上の調整が、周波数毎に
変化し、アンテナボアサイト変移のため、アンテナ位置
が決まらず、機構的に方位の合わせ込みを行なうことは
困難である。

【０００９】また、このような誤差以外にも装置自体の
雑音による誤差等も挙げられ、これらが積み重なり誤差
が大きくなる。また、複数のアンテナを併用して使用す
る場合、アンテナ毎にボアサイトが機械軸と異なるた
め、各アンテナ毎に設置位置を微調整する必要があり、
機構的に方位の合わせ込みを行なうことが困難である。
更に、到来電波の偏波が未知の場合、誤った偏波で受信
してしまう可能性があり、この場合、レベルの強弱に誤
差があるため、方位精度に影響を及ぼしてしまう。

【００１０】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、到来電波の方位角を正確に測定すること
ができる電波方位計測システムを提供することを目的と
している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（１）図１は本発明の原理ブロック図である。図８と同
一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１
は電波を受信するアンテナ、２は該アンテナ１の方位角
度を検出する方位角検出手段、３は受信信号をＩＦ周波
数に変換する受信機、４はＩＦ周波数を検波する検波器
である。１０は該検波器４の出力を受けて自アンテナパ
ターンと検波波形とを周波数毎に相関演算する相関部、
５は該相関部１０の出力を受けて相関後の最大値を検出
する最大値検出部である。

【００１２】相関部１０において、１１は自パターンを
周波数毎に記憶するパターン読出部、１２はパターン読
出部１１の出力と検波出力Ｐｍとを相関演算する相関器
である。

【００１３】検波器４の出力Ｐｍはその最大値が方位と
は限らず、このため相関部１０で自アンテナパターンと
Ｐｍとの相関をとることにより、周波数毎にその最大値
が方位である方位角Ｐｃを求めることができる。

【００１４】本発明の構成によれば、受信信号を検波し
たアンテナパターンと予め用意した自アンテナパターン
の相関をとることにより、その出力信号の最大値を読み
取り、到来電波の方位を成果に測定することができる。

【００１５】（２）この場合において、前記自アンテナ
パターンと検波波形とを相関演算する相関部１０におい
て、アンテナ構造別に相関する機能を具備することを特
徴としている。

【００１６】この発明の構成によれば、アンテナ構造別
に方位角を正確に測定することができる。（３）また、前記自アンテナパターンと相関部１０にお
いて、前記方位角検出部２の出力を受けて２系統の偏波
を出力する手段を設け、２系統の偏波毎に上記最大値を
求めるようにしたことを特徴としている。

【００１７】この発明の構成によれば、Ｈ偏波とＶ偏波
毎に相関演算を行ない、それぞれの偏波毎に相関演算が
最大値をとる方位角を求めることができる。（４）また、アンテナパターンと入力信号との比較を行
なうコンパレータを設け、該コンパレータの出力により
偏波を切り換えるセレクタとを備えたことを特徴として
いる。

【００１８】この発明の構成によれば、Ｈ偏波とＶ偏波
の何れか大きい方の角を方位角として決定することがで
きる。（５）また、前記相関部１０は、ＦＦＴ及び予めＦＦＴ
化した自アンテナパターンとの乗算と、ＩＦＦＦ処理機
能を備えることを特徴としている。

【００１９】この発明の構成によれば、ソフトウェアを
用いて到来電波の方位角を正確に求めることができる。（６）更に、自アンテナパターンと検波波形とを相関す
る場合にソフトウェアを使用して、自アンテナパターン
との重畳積分処理機能を具備することを特徴としてい
る。

【００２０】この発明の構成によれば、方位角の測定の
ソフトウェアを使用することにより、より正確に方位角
を測定することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を詳細に説明する。図２は相関処理演算の説
明図である。到来電波を受信、検波後、相関処理部で自
アンテナパターンｈ（θ）＝Ｓｉｎ^*（−θ）との相関
をとり（＊は共役複素数）、出力信号Ｓｏｕｔ（θ）を
得る。到来電波をアンテナで受信することは、即ち自ア
ンテナパターンを測定していることと等価である。今、
仮にσＡを空中線のパターン歪みにより誤差及び周波数
変化による空中線ボアサイト変移の標準偏差とすると、
σＡは“０”となることが理想的であるが、この場合、
全てのポイント、ポイントの周波数に対する細かな自ア
ンテナパターンデータを用意する必要があり、これは演
算処理時間に時間を要するため、実現は困難である。

【００２２】そこで、誤差σＡを任意に設定し（仮に
０．２゜とする）、σＡ＝０．２゜を許す範囲内で自ア
ンテナパターンデータを用意し、自己相関処理を行なう
ことにより、実現可能となる。仮に、０．２゜の精度を
要求する場合、到来電波の送信帯域にもよるが、単純に
考えて０．１゜／３６０゜＝３６００ポイント程度の自
アンテナパターンデータが必要となる。

【００２３】このようにして、最大値ｈ（θ）とＳｉｎ
（θ）のパターンが一番相関のある角度θｍとなる。図
３は相関処理の変移の説明図である。図において、縦軸
は相関値、横軸Ｔはアンテナの回転角度である。この特
性によれば、受信信号Ｓｉｎ（θ）に対して、アンテナ
パターンをＳｉｎ^*（−θ）で相関をとることにより、
相関値Ｓｏｕｔ（θ）が得られる。１〜４へ変化するに
伴い、相関値Ｓｏｕｔ（θ）の合致面積が増大してい
る。この場合、最大値はｈ（θ）とＳｉｎ（θ）のパタ
ーンが一番相関のある角度θｍであり（即ち合致面積が
一番広い）、このθｍの最大値が電波到来方位となる。

【００２４】アンテナパターンの相関について簡単に説
明すると、（ａ）アンテナ受信信号を周波数毎に振り分け、それぞ
れ相関をとり、相関値の大きい方を採用する。（ｂ）アンテナ受信信号を偏波毎に振り分け、それぞれ
相関をとり、相関値の大きい方を採用する。（ｃ）アンテナ受信信号を偏波毎に振り分け、検波した
結果、コンパレータにより、信号を比較し、大きい相関
値となるようにセレクタにより最適な偏波（アンテナパ
ターン）及び自アンテナパターンデータの切り換えを行
なう。（ｄ）複数のアンテナを使用した場合、アンテナ構造別
にそれぞれ相関をかける。

【００２５】以上の何れかの方法で電波到来方向を測定
する。本発明によれば、受信アンテナパターンと自アン
テナパターンデータの相関をとるので、アンテナのパタ
ーン歪みにより誤差、及び周波数変化によるアンテナボ
アサイト変移差が小さくなる。また、アンテナボアサイ
トの誤差と機械軸との誤差等の固定誤差についても同様
の理由で補正可能となる。

【００２６】図４は本発明の第１の実施の形態例を示す
ブロック図である。図１と同一のものは、同一の符号を
付して示す。図に示す実施の形態例は、アンテナ受信信
号を偏分波器を通すことで、偏波の違いによるレベルの
強弱誤差を抑えるようにしたものである。２はアンテナ
１の方位角を検出する方位角検出部、６は方位角検出部
２の出力を受けてＨ偏波とＶ偏波に分波する偏分波器、
３ａはＨ偏波を受信してＩＦ周波数に変換する受信機、
３ｂはＶ偏波を受信してＩＦ周波数に変換する受信機、
４ａは受信機３ａの出力ＩＦ信号を受ける検波器、４ｂ
は受信機３ｂの出力ＩＦ信号を受ける検波器である。

【００２７】１１は自アンテナパターンを周波数毎に記
憶し、必要に応じてこれら自アンテナパターンＰＨとＰ
Ｖを読み出すパターン読出部、１２ａは該パターン読出
部１１の出力と検波出力との相関演算処理を行なう相関
器、１２ｂは該パターン読出部１１の出力と検波出力と
の相関演算処理を行なう相関器である。相関器１２ａか
らは相関出力ＰｃＨが、相関器１２ｂからは相関出力Ｐ
ｃＶが出力される。

【００２８】７はこれら相関出力ＰｃＨ、ＰｃＶを比較
するコンパレータ、５は該コンパレータ７の出力を受け
て大きい方を検出する最大値検出部である。各相関器１
２ａ、１２ｂには方位角検出部２からの方位角信号が入
っている。このように構成されたシステムの動作を説明
すれば、以下の通りである。

【００２９】回転アンテナ１で受信した信号は、偏分波
器６でＨ偏波とＶ偏波に分離される。Ｈ偏波は受信機３
ａに入り、ＩＦ周波数に変換され、続く検波器４ａによ
り検波され、信号ＰｍＨとして出力される。一方、Ｖ偏
波は受信機３ｂに入り、ＩＦ周波数に変換され、続く検
波器４ｂにより検波され、信号ＰｍＶとして出力され
る。

【００３０】検波器４ａの出力ＰｍＨは、図に示すピー
ク値が最大方位とは限らない。検波器４ａの出力は相関
器１２ａに入り、パターン読出部１１から読み出される
自パターンデータＰＨと相関演算される。ここで、パタ
ーン読出部１１には、予め任意に設定したアンテナ角度
制度毎又は周波数毎に作成されたアンテナパターンが記
憶されている。ここで、相関演算は、受信アンテナパタ
ーンと自アンテナパターンを乗算することにより行な
う。一方、検波器４ｂの出力は相関器１２ｂに入り、パ
ターン読出部１１から読み出される自パターンデータＰ
Ｖと相関演算される。

【００３１】それぞれの相関器１２ａ、１２ｂからは図
に示すようなピークを持つ相関値波形ＰｃＨとＰｃＶが
出力され、コンパレータ７に入る。これら相関器１２
ａ、１２ｂから出力される波形の最大値は方位を示して
いる。コンパレータ７は、ＰｃＨとＰｃＶを比較して最
大値の大きい方を出力する。最大値検出部５は、何れか
大きい方の信号Ｐｃをアンテナパターン（補正された方
位）として出力する。

【００３２】この実施の形態例によれば、Ｈ偏波とＶ偏
波毎に相関演算を行ない、それぞれの偏波毎に相関演算
が最大値をとる方位角を求めることができる。図５は本
発明の第２の実施の形態例を示すブロック図である。図
４と同一のものは、同一の符号を付して示す。図におい
て、８はＨ偏波とＶ偏波の内の何れか一方をセレクトす
る第１のセレクタである。該セレクタ８でセレクトされ
た偏波信号は、受信機３に入ってＩＦ周波数に変換され
た後、検波器４に入り検波されＰｍ’信号となる。な
お、このＰｍ’信号の最大値は方位とは限らない。

【００３３】９は検波器４の出力Ｐｍ’を所定の閾値と
比較するコンパレータである。該コンパレータ９の出力
は、前記第１のセレクタ８にセレクト信号として与えら
れている。１１は自パターンデータが周波数毎に記憶さ
れているパターン読出部、２０は該パターン読出部１１
から読み出されたパターンデータＰＨ又はＰＶを受けて
何れか一方をセレクトする第２のセレクタである。該セ
レクタ２０には、コンパレータ９の出力がセレクト信号
として与えられている。

【００３４】１１は検波器４の出力と、セレクタ２０の
出力と、方位角検出部２の出力を受けて相関演算を行な
う相関器である。５は該相関器１２の出力を受けて最大
値を検出して出力する最大値検出部である。このように
構成されたシステムの動作を説明すれば、以下の通りで
ある。

【００３５】この実施の形態例は、受信機及び検波器、
相関器を１系統のまま使用し、その代わりにセレクタを
設け、偏波に応じた切り換えを行なう。セレクタ８でセ
レクトされた偏波信号（Ｈ偏波かＶ偏波の何れか一方）
は、受信機３でＩＦ周波数に変換され、続く検波器４で
検波された後、相関器１２に入る。

【００３６】検波器４の出力は、コンパレータ９により
前回の検波信号と比較され、その大きい値がどちらの偏
波であるかを比較する。そして、比較結果によりＨ偏波
又はＶ偏波を優先するようにセレクタ８の切り換えを行
なう。パターン読出部１１も同様に切り換えを行なう。

【００３７】次の段階で、優先された偏波のみを受信機
３で受信し、検波器４で検波し、コンパレータ９で再び
比較する処理を繰り返す。相関器１２の出力後の処理は
第４に示す第１の実施の形態例と同じである。

【００３８】この実施の形態例によれば、Ｈ偏波とＶ偏
波の何れか大きい方の角を方位角として検出することが
できる。図６は本発明の第３の実施の形態例を示すブロ
ック図である。図４と同一のものは、同一の符号を付し
て示す。この実施の形態例は、検波器の出力をソフトウ
ェアで処理して方位角を検出するようにしたものであ
る。図において、３０は検波器４の出力を受けて相関演
算の最大値を求めて方位角を検出するソフトウェアであ
る。

【００３９】該ソフトウェアにおいて、３１は検波器４
の出力をＦＦＴ（高速フーリエ変換）する変換部、３２
は該変換部３１の出力Ｐｍｆと、パターン読出部３５か
ら読み出したパターンデータＰｆとを乗算する乗算器で
ある。乗算器３２には、方位角検出部２の出力も与えら
れている。なお、パターン読出部３５に記憶されている
データは、ＦＦＴ済みのデータである。

【００４０】３３は乗算器３２の出力を受けてＩＦＦＴ
（逆フーリエ変換）する逆変換器である。３４は該逆変
換部３３の出力を受けて最大値を検出する最大値検出部
である。このように構成されたシステムの動作を説明す
れば、以下の通りである。

【００４１】検波器４で検波された信号Ｐｍは、変換器
３１により高速フーリエ変換される。これにより、周波
数軸上に振幅が出力される。また、予めパターンをフー
リエ変換したものをパターン読出部３５に格納してお
く。

【００４２】乗算器３２は、ＦＦＴ出力Ｐｍｆと、パタ
ーン読出部３５の読み出しデータＰｆとを乗算する。次
に、逆変換部３３にて逆フーリエ変換を実施し、時間軸
上、即ち角度軸上に変換した後、最大値検出部３４でピ
ーク値を算出する。これにより、ソフトウェアを用いて
最大値＝任意に設定した正確な角度（方位）の検出が可
能となる。

【００４３】図７は本発明の第４の実施の形態例を示す
ブロック図である。図６と同一のものは、同一の符号を
付して示す。この実施の形態例は、ソフトウェアを用い
た重畳積分処理により到来電波の方位角を検出するよう
にしたものである。

【００４４】図において、４０はソフトウェアである。
該ソフトウェア４０において、４１は検波器４の出力Ｐ
ｍと、パターン読出部４２の出力とを重畳積分（コンボ
リーション）する演算部である。４３は該演算部４１の
出力を受けて最大値を検出する最大値検出部である。該
最大値検出部４３から最大値Ｐｃを与える方位角が得ら
れる。このように構成されたシステムの動作を説明すれ
ば、以下の通りである。

【００４５】検波器４で検波された検波信号Ｐｍは、予
めパターン読出部４２に格納されているパターンデータ
と演算部４１でコンボリューション（畳み込み演算とも
いう）される。該演算部４１の出力は、最大値検出部４
３に入り、最大値Ｐｃを与える方位角が得られる。この
実施の形態例は、図６に示す第３の実施の形態例と同様
の処理をソフトウェアにより処理して簡素化し、実施す
るものである。

【００４６】この実施の形態例によれば、方位角の測定
用にソフトウェアを使用することにより、正確に到来電
波の方位角を測定することができる。上述の実施の形態
例では、周波数毎に検波信号と自パターンデータの相関
をとる場合について説明した。しかしながら、本発明は
これに限るものではなく、アンテナ構造別に相関するよ
うにしてもよい。これにより、アンテナ構造別に方位角
を正確に測定することができる。

【００４７】また、上述の実施の形態例では、相関演算
を行なうために、種々の方式を採用した場合を例にとっ
たが、本発明はこれに限るものではなく、その他の相関
演算方式を用いて本発明を実現することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、（１）電波を受信するアンテナと、該到来電波の方位角
を検出する方位角検出手段と、受信信号をＩＦ周波数に
変換する変換手段と、ＩＦ周波数を検波する検波手段
と、該検波手段の出力を受けて自アンテナパターンと検
波波形とを周波数毎に相関演算する相関演算手段と、該
相関演算手段の出力を受けて相関後の最大値を検出する
最大値検出手段とにより構成されることにより、受信信
号を検波したアンテナパターンと予め用意した自アンテ
ナパターンの相関をとり、その出力信号の最大値を読み
取り、到来電波の方位を成果に測定することができる。

【００４９】（２）この場合において、前記自アンテナ
パターンと検波波形とを相関演算する相関部において、
アンテナ構造別に相関する機能を具備することにより、
アンテナ構造別に方位角を正確に測定することができ
る。

【００５０】（３）また、前記自アンテナパターンと相
関部において、前記方位角検出部の出力を受けて２系統
の偏波を出力する手段を設け、２系統の偏波毎に上記最
大値を求めることにより、Ｈ偏波とＶ偏波毎に相関演算
を行ない、それぞれの偏波毎に相関演算が最大値をとる
方位角を求めることができる。

【００５１】（４）また、アンテナパターンと入力信号
との比較を行なうコンパレータを設け、該コンパレータ
の出力により偏波を切り換えるセレクタとを備えること
により、Ｈ偏波とＶ偏波の何れか大きい方の角を方位角
として決定することができる。

【００５２】（５）また、前記相関部は、ＦＦＴ及び予
めＦＦＴ化した自アンテナパターンとの乗算と、ＩＦＦ
Ｆ処理機能を備えることにより、ソフトウェアを用いて
到来電波の方位角を正確に求めることができる。

【００５３】（６）更に、自アンテナパターンと検波波
形とを相関する場合にソフトウェアを使用して、自アン
テナパターンとの重畳積分処理機能を具備することによ
り、方位角の測定のソフトウェアを使用し、正確に方位
角を測定することができる。

【００５４】このように、本発明によれば、到来電波の
方位角を正確に測定することができる電波方位計測シス
テムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理ブロック図である。

【図２】相関処理演算の説明図である。

【図３】相関処理の変移の説明図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態例を示すブロック図
である。

【図５】本発明の第２の実施の形態例を示すブロック図
である。

【図６】本発明の第３の実施の形態例を示すブロック図
である。

【図７】本発明の第４の実施の形態例を示すブロック図
である。

【図８】従来方式の概念図である。

【符号の説明】

１回転アンテナ２方位角検出部３受信機４検波器５最大値検出部１０相関部１１パターン読出部１２相関器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電波を受信するアンテナと、該到来電波の方位角を検出する方位角検出手段と、受信信号をＩＦ周波数に変換する変換手段と、ＩＦ周波数を検波する検波手段と、該検波手段の出力を受けて自アンテナパターンと検波波
形とを周波数毎に相関演算する相関演算手段と、該相関演算手段の出力を受けて相関後の最大値を検出す
る最大値検出手段とにより構成されてなる電波方位計測
システム。
【請求項２】前記自アンテナパターンと検波波形とを
相関演算する相関演算手段において、アンテナ構造別に
相関する機能を具備することを特徴とする請求項１記載
の電波方位計測システム。
【請求項３】前記自アンテナパターンと相関演算手段
において、前記方位角検出手段の出力を受けて２系統の
偏波を出力する手段を設け、２系統の偏波毎に上記最大
値を求めるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
電波方位計測システム。
【請求項４】アンテナパターンと入力信号との比較を
行なうコンパレータを設け、該コンパレータの出力によ
り偏波を切り換えるセレクタとを備えたことを特徴とす
る請求項３記載の電波方位計測システム。
【請求項５】前記相関演算手段は、ＦＦＴ及び予めＦ
ＦＴ化した自アンテナパターンとの乗算と、ＩＦＦＦ処
理機能を備えることを特徴とする請求項１記載の電波方
位計測システム。
【請求項６】前記相関演算手段として、自アンテナパ
ターンと検波波形とを相関する場合にソフトウェアを使
用して、自アンテナパターンとの重畳積分処理機能を具
備することを特徴とする請求項１記載の電波方位計測シ
ステム。