JPS6023522B2 - アダプテイブアンテナ装置 - Google Patents

アダプテイブアンテナ装置

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Publication number
JPS6023522B2
JPS6023522B2 JP2375378A JP2375378A JPS6023522B2 JP S6023522 B2 JPS6023522 B2 JP S6023522B2 JP 2375378 A JP2375378 A JP 2375378A JP 2375378 A JP2375378 A JP 2375378A JP S6023522 B2 JPS6023522 B2 JP S6023522B2
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JP
Japan
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signal
antenna element
phase
antenna device
antenna
Prior art date
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Expired
Application number
JP2375378A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS54116868A (en
Inventor
康夫 鈴木
洋 宮川
博 原島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP2375378A priority Critical patent/JPS6023522B2/ja
Publication of JPS54116868A publication Critical patent/JPS54116868A/ja
Publication of JPS6023522B2 publication Critical patent/JPS6023522B2/ja
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
この発明はいわゆる学習機能を有するアダプティプアン
テナ装置の改良に関する。 近年アレイアンテナを用いた装置において、各アンテナ
素子の入力信号を使い一定の評価基準の下にそれぞれの
アンテナの励振ウェイトを自動的に決定していく。 いわゆる学習機能を持つ受信アンテナシステム装置の研
究開発が行われている。このような機能を持つアンテナ
はアダプテイブアンテナ装置と呼ばれる。受信電界中に
所望信号以外の雑音や妨害波が存在するとき信号対雑音
(SN)比を改善するには指向性合成により妨害波方向
に零点を持つ指向性をつくればよい。アダプテイブアン
テナ装置はシステムが持つ学習機能によってこの指向性
をリアルタイムで実現するものである。第1図は従来の
アダブティプアンテナ装置を示すものでアレイアンテナ
11,12…IKとウェイト部21,22…2Kおよび
ウェイトコントロールのためのプロセッサ4および信号
合成器3から構成される。このような菱瞳は妨害波除去
のほか近傍物体からの散乱除去、クラッタ除去あるいは
アンテナ素子の故障時における指向性補償などを行なう
。このようにアダプティブアンテナ装置は、アンテナ素
子群の置かれている周囲の受信電界環境に応じて動作し
、例えば不要波信号に対する感度を常に最小の状態に保
つようないわゆる学習機能を持つものである。ところが
従来の装置では各アンテナ素子信号に対するウェイト量
制御を行なうのに信号処理器で得るアルゴリズムは複索
量であった。 また、各アンテナ素子に対応した信号のウェイト量に対
する拘速が全くなかったため、応答が過敏となり不安定
で発振を起すことがある。 また各アンテナ素子のウェイト量の値を複索量として変
化させているため、、回路は複雑となる欠点がある。こ
の発明は以上のような従来の装置の欠点を解消するもの
で、簡単な構成で安定したアダプテイプアンテナ装置を
提供するものである。 以下本発明によるアダプテイプアンテナ装置の一実施例
を第2図ないし第4図を参照して詳細に説明する。 第2図はこの発明の装置による一実施例を示す構成略図
で、複数のアンテナ素子1 1,12・・・1夕・・・
IKによりアレイアンテナを構成するアンテナ素子群1
は外釆電波を受信する。 このアンテナ素子群1で受信された信号は分岐され、一
方は各アンテナ素子群11,12・・・1〆・・・IK
ごとにそれぞれ対応して直列接続された各移相器21,
22…2〆…2Kに供給される。なお、上記複数の各ア
ンテナ素子11.12・・・1そ・・・IKはサプアレ
ィによっても構成可能である。 上記各移相器21,22・・・2夕…2Kは各アンテナ
素子からの信号をそれぞれ移相制御するもので、その移
相制御された信号は合成器3に供給され出力される。 さて、合成器3出力信号は分M皮され−方は出力として
取り出されるとともに他方は信号処理器4に供給される
。この信号処理器4は移相器21,22・・・2〆…2
Kを制御するため、従来と相違し、穣素ウェイト量の大
きさが常に1であるという拘束をつけることを特徴とす
る。つまり本発明はいま任意の順位〆番目のアンテナ素
子に対する移相器のウェイト量W夕を大きさが常に1で
あるということに着目し、次式のように表わしたことに
大きな特徴がある。W夕=ejのそ
………
【11但しのぐ:Z番目のアンテナ素子に
おける位相量を示す。 そこでそ番目のアンテナ素子において真に求める信号の
複秦量信号をSZ、同じくジヤミング、インターフェア
ランス等の不要信号の榎素量信号をZ夕と表わすとき、
k個からなる全アンテナ素子の各合成出力成分S(,〜
b,Z(,〜k)はそれぞれ【21,【3’式で表わさ
れる。 但し、上記‘3}式においてnれまそ番目のチャンネル
の内部雑音を表わす。 また‘2},‘3’式における〔W〕Tおよび〔S〕T
はそれぞれベクトル〔W〕,〔S〕の転直を表わし、そ
れぞれ〔W〕T=〔W.,W2・…”W〆…Wk〕 …
…【41〔S〕’=〔S,,S〆…・S〆…Sk〕
……【51を意味する。 また同機に〔N〕の転層〔N〕’も以後次の‘61式の
ように表わすものとする。〔N〕Ti〔Z.十n.,Z
2十n2・…”Z〆十n〆…Zk+nJ
……‘6}さて、このようにして求め
られる各合成信号成分、つまり真に求める信号の合成成
分S(,〜k)、並びに不要波信号の合成成分Z(,〜
k)は上記のように得られるので、いま信号合成器3の
出力におけるSN比yを考える。そこで、SN比yは既
知のように真に求める信号の尖頭値と不要波信号の時間
軸上における集合平均された値との比で表わすことがで
きる。 真に求める信号の尖頭値を電力で表わすと1〔W〕T〔
S〕12となり、同じく不要波信号の時間軸を上におけ
る集合平均された電力は〔W*〕’〔M〕〔W〕で表わ
される。従ってSN比yは次式【71のようになる,〔
w〕T〔S〕f .…・・‘71y=〔W*
〕T〔M〕〔W〕但し〔M〕=E(〔N*〕〔N〕5で
ありEは( )は、( )内の期待値であり集合平均に
相当する値を意味する。 また*印は複素共役を表わす記号である。次に、SN比
yを最大にする位相ベクトル〔の)T=〔の,,の2…
…のど…のK〕をいわゆるグラジェント(勾配)サーチ
法により逐次決定していく。 即ち、いま(x十1)回目の繰返しによって決定される
位相ベクトルを〔の(x川〕にて表わすとき、この位相
ベクトル〔の(x川〕は既にx回目の繰返し時に決定さ
れている位相ベクトル〔の(x)〕を用いて次式のよう
に表わすことができる。〔の(側〕=〔の(X)〕〜a
aを1■=MX)〕 ‐‐‐‐‐‐{
81但し、【8}式において必ま解の収束性と安定性を
制御する係数を表わす。 さて上記(8)式において出力のSN比yのベクトル〔
の〕に対する勾配がわかれば、移相器のみによるアダプ
ティブアンゴリズムは導出できる。以下このSN比yの
ベクトル〔の〕に対する勾配を微分して求めると次のよ
うになる。なお、以下の式では説明の便宜上ベクトルを
示す記号〔 〕を省略して記載する。 また転贋を示す記号Tは右下添字とした。即ち、 よってここでいま のTコ〔の,,の2……のそ…のk〕 ……00なる
ベクトルを定義することにより、位相ベクトルのに対す
るSN比yの勾配ayaのは次の(11)式のようにな
る。 務=21m〔Q*{aS*−la12MW}〕但しST
W …...(13)係数a=中流両
なお、係数aとして適する値は必ずしも(13)式に示
す値に限らない。 またlmは〔 〕内の虚数部を取ることを意味する。従
って(11)式で表わされた出力SN比yを最大にする
ための大きさ1の複素ウェイトベクトルWoはlm〔Q
*{aS*−lal2MW}〕=0を満足することにな
る。 ところで、実際にパルスレーダ信号の送受信状況を考え
た場合、発射レーダパルス信号が受信されるまでの時間
帯においては、信号〔S〕=0と考えられるから近似的
に〔S〕十〔N〕=〔Y〕≠〔N〕が成立すると考えら
れる。 ここでさらに〔M〕芋〔Y*〕〔Y〕Tなる近似式を仮
定することにより信号合成器3の出力y(x)はy(x
)=〔W(x)〕’〔Y(x)〕であるから結局■式は
次の(14)式のようになる。 の(X川〕ニ〔の(X)+山SIm{〔Q*X)〕(〔
S*〕a*(x)一〔Y*(x)〕y(X))}
(14)但し0<山sムs:解の安定性と収速の速さを
制御する係数即ち、信号処理器3においてこの(14)
式に基づくアルゴリズムを用いることにより移相器21
,22…2そ…2kのみによるアダプテイブアルゴIJ
ズムが実現されることを意味する。 具体例をあげて説明すると、アンテナ素子数k=3、一
s=0.L不要波信号が方位角a=30o方向から入射
してきた場合、シュミレーションの繰返し数(x)が5
00回の場合のアナログ演算器による結果を第3図に示
す。 第3図から明らかなように方位角8i=30oの矢印Z
方向に目的通り指向性のヌル(null:零)点を作る
ことがわかる。更にまた(14)式に基づくアルゴリズ
ムは量子化移相器のみによっても実現することが出釆、
この場合(14)式は次式のようになる。 〔の(X川i〔の(X)〕+筆算÷gn{・m(〔Q*
(X)〕{〔S*〕/a*(X)−〔Y*(X)〕y(
X)})}.・・.・・(15)ただしnは豊子化移相
器のビット数を、また、s靭(6)は符号関数をそれぞ
れ表わし符号関数s弧(6)は次のように定める。 s郡(6)ニ1620 −16<0 また、このように量子化移相器を用いた場合の計算器シ
ュミレーション例としてk=1項素子アダプティブアレ
ィにおいてビーム走査角100の状態のとき、その周波
数が所望信号の1.01倍であるような不要信号が30
oの方向から入射して来た場合に、鷺子化移相器として
10ビットのものを用いた場合の収速時の指向性を第4
図に示す。 なお、第2図により説明した上記実施例においては、こ
のアダプティブアンテナ装置が受信用として動作する状
態について述べたが、勿論送受共用として考えることも
できる。 送受共用として考える場合の構成は、信号処理器4に信
号をとり込む点つまりアンテナ素子群1と移相器21,
22・・・2夕・・・2kとの間に第1の送受切換器を
、また合成器3の出力側にも同じく第2の送受切換器を
設けてこの第1,第2の送受切換器を介して受信時に信
号処理器4に信号を供繋舎するようにする。また当然の
ことであるが送信時は合成器3は同じ構成で送信信号の
分配器として作用することは旨うまでもない。また、各
移相器21,22…2〆・・・2kはそれぞれ1個のみ
示したが用途によってはそれぞれタップドディレーライ
ンにより複数個接続構成してもよい。以上のように本発
明によるアダプティブアンテナ装置は各アンテナ素子1
1,12・・・1そ・・・lkからの信号Y,,Y2・
・・Y〆…Ykと合成器3からの合成信号yとにより、
合成信号yにおける例えばSN比が最大になるように各
移相器21,22・・・2〆…2kを制御する移相器制
御信号の】,の2・・・のど・・・のkを生成導出する
ので、構成が簡単でかつ安定したアンテナ装置を実現で
きる等実用上の効果は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のアダプティプアンテナ装置を示す構成略
図、第2図は本発明によるアダプティブアンテナ装置の
一実施例を示す構成略図、第3図ないし第4図は第2図
に示す装置により得られるアンテナパターン図の例を示
す。 1・・・・・・アンテナ素子群、21,22・・・2そ
・・・2k・・・…移相器、3……信号合成器、4・・
・・・・信号処理器。 第1図 第3図 第2図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 電磁波を送信または受信するアンテナ素子群とこの
    アンテナ素子群の各アンテナ素子にそれぞれ直列に接続
    されてなる複数の移相器と、この複数の移相器が接続さ
    れ信号を分配または合成する回路と、この回路を介して
    得られる前記移相器からの信号と前記アンテナ素子群か
    らの信号とを導入し上記回路の合成出力信号の信号対雑
    音比の位相に対する勾配が零になるように制御位相量を
    算出し前記移相器に制御信号を供給する信号処理器とを
    具備するアダプテイブアンテナ装置。
JP2375378A 1978-03-02 1978-03-02 アダプテイブアンテナ装置 Expired JPS6023522B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6145536U (ja) * 1984-08-28 1986-03-26 大村技研株式会社 床下支持装置
JPS625716U (ja) * 1985-06-24 1987-01-14
JPS6313317Y2 (ja) * 1986-12-01 1988-04-15
JPH01154736U (ja) * 1988-04-01 1989-10-24

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5738002A (en) * 1980-08-19 1982-03-02 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Adaptive antenna device

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