JPS6138477A - 指向性ビ−ム形成回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は指向性ビーム形成回路に関し、特にスプリット
ビームによる指向性ビーム形成回路に関する。

〔従来技術〕

連続的に配列された複数の受波器から連続した２Ｎ個を
選択しつつ、左右Ｎ個づつの受波器の出力を整相（位相
合成）して形成する左右一対の指向性ビーム、いわゆる
スプリットビームの出力を相互相関してその出力とする
指向性ビーム形成回路はスプリットビーム相関受信回路
としてもよく知られている、 また、このスプリットビーム相関受信回路ニおいてはス
プリットビームの形成が予め設定した方位ステップで受
音範囲の全方位に対して実施され、たとえば円筒形受波
器にあっては通常全方位３６０ｆｔ所定の方位ステップ
でスプリットビームｅＧｆｆ成しつつ受信し、さらにこ
のスプリットビームによる受信では受波器群が予めこの
ような方位ステノブごとのスプリットビームを形成しう
るように接続されており、これらが受信走査方向に次次
に切替えられるようにして利用される、いわゆるブｌｊ
７＃−４ドビーＡ　（ｐｒｅｆｏｒｍｅｄ　ｂｅａｍ　
）による待受は受信方式によって利用されているのが一
般的な運用形式となっている。

このようなスプリットビームを利用する指向性ビーム形
成回路は通常の単一ビームを利用する指向性ビーム回路
に比して次のようなａ種の特徴を有する。

すなわち、スプリットビームによる受信信号はスプリッ
トビームを構成する左および右ハーフビームの出力の乗
算、積分演算による相互相関出力　−を利用するのでハ
ーフビーム単一の場合に比しはるかに増大した処理利得
が得られるとともにその指向性も尖鋭化したものとなっ
て信号対雑音比が改善され、さらに受信目標に対する位
相差情報を左右ハーフビーム間の距離に比例したものと
して示すことができるといったようなさまざまな特徴を
有する。

しかしながら、スプリットビームを利用する従来のこの
種の指向性ビーム形成回路による受信においては、受信
出力を得るため左右ハーフビームによる出力の相関演算
を介して求められる出力の指向特性には一連の負電圧領
域が発生し、特にメインロープ近傍における強い負電圧
領域の存在によって目標検知レベルを実効的に低下嘔せ
てしまうという問題がある。

この問題の解決のため、通常は負電圧領域に対応する方
位範囲の受信感度を零としており、このため、この方位
範囲からの入力は雑音を含めて完全に除去されてしまう
という欠点がある。

第１図はスプリットビームによる相―受信−出カの基本
的受信指向特性図である。

第１図のｘｏｘ’は０を原点とする右（Ｘ）および左（
Ｘ′）方位角、ＯＹは＋（正電圧）でまたＯＹ’　　は
−（負電圧）で示される相対受信レベルで最大値を１，
０とする正規化値で表現している。

このような受信指向特性は受信目的等を勘案し予め任意
に設定することができる。

第１図からも明らかな如く、スプリットビームの相関出
力は尖鋭なメインロープのほかに正電圧領域に形成され
るｓ、ｓ’等のサイドロープと負電圧領域に形成される
Ｎ、Ｎ’等のサイドロープを伴ない、これらのサイドロ
ープのうち特にメインロープ近傍で強い負電圧特性を示
すサイドロープＮの影響が大きい。このような受信特性
をそのまま利用するときは負電圧サイドロープＮの方位
角範囲からの入力信号によってメインロープによる受信
信号のレベルがその分だけ減殺されたものとなる。

この問題はスプリットビーム出力の相関演算が左右のハ
ーフビーム出力のスカラー（５ｃａｌａｒ　）積を求め
る実数演算となることに起因して発生する。

通常、この問題を解決するための手段として負電圧サイ
ドロープＮ、Ｎ’等からの受信は行なわないようにして
いるが、このため出力映像上ではこの方位範囲にわたっ
て雑音を含む一切の入力が切捨てられていわゆる「白ぬ
け」の現象を示し、またこの方位における比較的低レベ
ルの入力信号などは完全は除外されてしまうという欠点
が発生する。

第２図はスプリットビームを利用する従来の指向性ビー
ム形成回路の基本的構成を示すブロック図である。

第２図に示す従来の指向性ビーム形成回路は、２Ｎ個の
受波器１−１・・・・・・１−Ｎ　、　１−　（Ｎ＋１
）・−・−・・１−２　Ｎ　、シェーディング（ｓｈａ
ｄｉｎｇ）回路２−１．２−１〜２−２Ｎ、遅延回路３
−１〜３゛−２Ｎ、加算回路４−１．４−２．乗算回路
５および相関積分回路６等を備えて構成嘔れる。

連続的に配列された受波器、たとえば等円かっ等間隔配
列の２Ｎ個の受波器は受波器１−１〜１−Ｎお工び１−
（Ｎ＋１）〜１−２Ｎの右と左の２グループに分割利用
されつつそれぞれのグループの受波器の出力はシェーデ
ィ／グ回路２−１〜２−Ｎおよび２−（Ｎ＋１）〜２−
２Ｎに供給される。

シェーディング回路２−１〜２−Ｎお工び２−（Ｎ＋１
　）〜２−２Ｎはそれぞれこの指向性ビーム形４ｐ路で
形成すべき右および左ハーフビームのメインロープとサ
イドローブとのレベル比を所定の値以下に抑圧するため
各受波器の出力レベルに対する重み付け全付与するもの
であり、この工９なり工―ディ／グを受けたのちそれぞ
れの出力は遅延回路３−１〜３−Ｎおよび３−（Ｎ＋１
）〜３−２Ｎに供給される。

遅延回路３−１〜３−Ｎおよび３−（Ｎ＋１）〜３−２
Ｎは受波器の配列条件、右および左ハーフビームの中心
方位間隔等に対応して発生する各受波器出力の位相差を
無くす、いわゆる整相を行なうための遅延を付与するも
のである。

こうして重みと遅延を付与でれた受波器出力は右グルー
プ分は加算回路４−１に、マ几左グループ分は加算回路
４−２にそれぞれ供給されてベクトル合成加ｎを行ない
、それぞれ右・・−フピーム出力４０１．左・・−フビ
ーム出力４０２として乗算回路５に供給される。

乗算回路５は右ハーフビーム出力４０１と左ハーフビー
ム出力４０２とを乗算して相互相関をとり、その出力を
相関積分回路６に送出する。

相関積分回路６は送出された乗算出力を積分し、スペク
トルの共通したコヒーレノト（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　）な
信号成分のみを累積し、位相がラノダムな雑音成分は積
分効果を受けないようにして処理利得を増大したのちス
プリットビーム相関出力６０１として出力影像回路やそ
の他の出力回路に送出する。

第３図は第２図に示す従来の指向性ビーム形成回路によ
るスプリットビーム相関出力特性をハーフビーム出力特
性と対比して示すスプリットビーム相関出力対ハーフビ
ーム出力特性対比図で、ＹＯＹ’軸の右半分のみを示し
これと対称な左半分は一省略しである。第２図からも明
らかな如く、スプリットビーム相関出力は明らかにメイ
ンロープが尖鋭になるものの負電圧特性領域が発生する
。このことをさらに詳述すれば次のとおりである。

いま左ハーフビーム出力ｉｅＬ、右ハーフビーム出力を
ｅＲとするとｅＬ、ｅＲはそれぞれ次の（１）および（
２）式で示すことができｂｏｅ　［、”Ｅ　Ｉ、　ＣＯ
８（ωを十δＬ）・・・・・・・・・（１）ｅＲ＝ＥＲ
ＣＯ３（ωｔ＋δｒｔ）　　　　　　　　・・・・・・
・・・（２）上記（１１および（２）式においてＥＬｆ
？よびＥＲはそれぞれ左、右ハーフビーム出力の最大レ
ベル、ω＝２にｆでｆは送受信周波数、δＬお工び輸は
それぞ几左、右ハーフビーム出力の位相角である。

乗算回路５による乗算によって次の（３）式に示す結果
が得られる。

ｅＬ−ＣＲ＝−Ｅｌ、”　ＥＲ（Ｇｏｓ（２ωｔ＋δ、
＋δＲ）＋ｃｏｓ（δ、−δＲ））　　　　・・・・・
・（３）（３）式に示す積ｅ　（、’　ｅ　Ｈは相関積
分回路６によって積分処理を施さ・れるが、ｃｏｓ（２
ωｔ＋δ、十δＲ）は正極性と負極性とが交互に発生し
、従って按分結果は零となり、ｃｏｓ（δＬ−δＲ）の
成分のみが次の（４）式に示す積分出力として残ること
となる。

（４）式において記号□は精分値を示す。この（４）式
によるビームパターンが７エーデイングの無いとき罠は
第１図の一点鎖線ａに示す如く、またシェーディ／グを
行なったときは第１図の実線すとして示すような特性で
負電圧領域全発生し、これが前述した如き欠点をもたら
すこととなるのである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上述した欠点を除去し、スプリットビー
ムによる指向性ビーム形成回路において、スフ’　ＩＪ
ットヒームを構成する左、右ハーフビーム゛を形成すべ
き受波器出力をその実数部と虚数部とに分けてそれぞれ
整相したのち、これら両ハーフビーム整相出力の共役ベ
クトル積の実数値と重み付け絶対値との加算を介して負
電圧領域をほぼ消去した受信指向特性を付与するという
手段全備えることによって負電圧領域における入力信号
の欠落ならびに出力の欠落ｔ−基本的に排除した指向性
ビーム形成回路を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明の回路は、連続的に配列された複数の受波器から
左右ほぼ同数の連続する受波器群を選択しつつこれら２
グループの受波器の出力を整相して形成し禽一対の指向
性ビームをそれぞれスプリットビームの左右のハーフビ
ーム間シこノハーフビーム間の相互相関値をその出力と
するスプリットビーム量の指向性ビーム形成回路におい
て、スプリットビームｆｔ構成する左右のハーフビーム
を形成すべき受波器の出力を実数部と虚数部とに分けて
それぞれ整相したのちこれら両へ−フビーム整相出力の
共役ベクトル積の実数部成分と重み付け絶対値の和とし
てハーフビーム間の相互相関出力を得るスプリットビー
ム相関出力手段を備えて構成される。

〔実施例〕

次に９面を参照して本発明の詳細な説明する。

第４図はスプリットビームによる本発明の指向性ビーム
形成回路の構成の一実施例を示すブロック図である。

第４図に示す指向性ビーム形成回路は、受波器１−１〜
２−２Ｎ、直交変調回路７−１〜７−２Ｎ。

変調キャリア発生回路８．整相回路９−１．９−２、ベ
クトル乗算回路１０．実数演算回路１１゜絶対値演算回
路１２お工び加算回路１３を備えて構成される。

受波器１−１〜１−Ｈの出力は直交変調回路７−１〜７
−Ｎに、受波器１−（Ｎ＋ｌ）〜１−２Ｎの出力は直交
変調回路７−（Ｎ＋１）〜７−２Ｎにとそれぞれ供給さ
れる。

直交変調回路７−１〜７−２Ｎは受波器か−らの出力と
ともに変調キャリア発生回路８から変調キャリアを受は
次のようにして複素数出力としての受波器出力を実数部
と虚数部とに分ける、直交変調回路７−１〜７−２　Ｎ
はそ孔ぞ孔乗算回路、移相回路等を有し受波器出力と変
調キャリア発生回路８の出力する変調キャリアとを受け
る。

変調キャリアは受波器出力と同じ周波数、つまり送信周
波数と同じに設定してあり、各直交変調回路はこの変調
キャリアをそのまま受波器出力と乗算するとともに、ま
た変調キャリアｆｃ９０匹移相したものと受波器出力と
の乗ｇを実施し、いわゆる直交変調を加える。

このような直交変調により受波器出力は整相前にベース
バンド化され実数部と虚数部とエフ成る複素信号として
実数値几、虚数値Ｊがそれぞれ整相回路９−１および９
−２に供給される。

整相回路９−１．９−２はこうして入力したＮ個づつの
実数部と虚舷部群ごとにそれぞれシェーディングし、遅
延回路によってそれぞれ所定の遅延を付与したうえ加算
合成し、実数値Ｒと虚数値Ｊとにわけた形でベクトル乗
算回路１０に供給する。こうしてベクトル乗算回路１０
に供給される左右ハーフビーム信号みＬおよびｅＢは一
般的にそれぞれ次の（４）　、　＋５１式の複素数形式
で宍現される。

’ｅ　Ｌ＝ＥＬ（ａ＋ｊｂ）　　　　　　・・”・”・
”（４）　　’；　Ｂ　＝Ｅ　Ｈ（ｃ　＋　３　ｄ　）
　　　　　　・・・・・・・・・・・・（５）出カライ
ア９０２−１には（４）式によって示される実数部が１
寸た出力ライン９０２−２には虚数部が出力され、また
出カライア９０１−１には（５）式によって示でれる実
数部が、また出力ライン９０１−２には（５）式によっ
て示される虚数部が出力される。

ベクトル乗算回路１０は、このようにして複素数表現さ
れた左右−・−７ビ一ム信号の乗ｎを行なうが、この乗
算においては左右ハーフビーム信号の共役ベクトル積を
求める演算１％ＩＭする。共役ベクトル積は次の（６）
式で示すｐｌ以って示すことができる。

Ｐ＝る５、るｎ　　　　　　　　叫・・−・・・（６１
の（７）式で示される。

己Ｒ＝ＥＲ（Ｃ−ｊｄ　）　　　　　　　・・・・・・
・・・・・・（７）ベクトル乗算回路１０はこうして求
めた共役ベクトル積Ｐｔ−出力ライン１００１を介して
実数演算回路１１．ｔた出力ライン１００２を介して絶
対値演算回路１２に供給する。

実数演算回路１１は共役積Ｐの実数部のみを抽出する演
算１を実施し次の（８）式に示す実数部ＰＲｔ出力、こ
れを加算回路１３に供給する。

ＰＲ＝Ｒ６（ｅｔ、＊　ｅＨ）＝ＥＬ−ＥＢ（ａｃ＋ｂ
ｄ）・・・・・・・・・・・・・・川・（８１また絶対
値演算回路１２は共役積Ｐの絶対値演算を実行し次の（
９）式に式す絶対値Ｐａｂｓ　ｔ−出力する。

Ｐａｂｓ＝Ｅｔ、’ＥＲ−Ｊ（ａｃ＋ｂｄ）宜＋（ｂｃ
−ａｄ）”・・・・・・・・・・・・（９） （８）式お−よび（９）式で示す実数演算回路１１およ
び絶対値演算回路１２の出力は加算回路１２に供給され
加算されるが、この加算において（８）式に示す実数は
後述する設定Φ件にもとづいて設定される重み付け係数
を付与されて加′ｎ−ｇれる。この加算出力が次の（１
０）式に示すスプリットビーム相関出力Ｑとして出カラ
イア１３０１に送出される。

Ｑ＝Ｅｔ、　＝Ｅｎ　（（ａｃ　＋ｂａ　）＋　ｋ　Ｊ
　（ａｃ＋ｂｄ　）”　＋　（ｂｃ−ａｄ　）”　）・
・・・・・・・・（ｌＯ） （ｌＯ）式においてｋは重みづけ係数であり重みづけを
しないときは１（＝１に設定される。

第５図ゆ第４図の実施例におけるスプリットビーム相関
出力特性、左右ハーフビーム出力共役ベクトル積実数特
性および絶対値特性相互間の関係を示す特性相関図であ
り、第３図と同様にＹＯＹ’軸を中心として右半分と対
称な左半分は省略してあり、また第３図と同様に７・−
フビーム出力特性を併記して対比している。以下第５図
を参照しつつ第４図の実施例をさらに詳述する。

実数演算回路１１の出力は（８）式で示される実数部で
あるが、これは基本的には（４）式で示てれる実数部に
他ならない。従って（４）式および（８）式の゛示す特
性は基本的に同一の特性を示し、第３図に示すスプリッ
トビーム相関出力特性と同じ特性の第５図の左右ハーフ
ビーム出力共役ベクトル積実数特性が実数演算回路１１
の出力特性として得られる。

また、絶対値演算回路１２の出力特性は（９）式で示さ
れ、これは方位に対応して減衰する正ＴＬＥＥ特性とし
て、第５図に示す左右Ｉ・−フビーム出力共役ベクトル
積絶対値特性の如く示される。

観点を変えてみると、第５図に示す左右ノ・−７ビーム
出力共役ベクトル積実数特性は、スプリットビーム出力
とすべき左右ハーフビーム出力のベクトル積、ｔａ左右
ハーフビーム出力共役ベクトル積絶対値は左右・・−フ
ビーム出力のスカラー積を表現したものである。大数演
算回路１１の出力と絶対値演算回路１２０重み付け出力
を加算回路１３で加算することは、特性的に言えば第５
図の左右ハーフビーム出力共役ベクトル積実数特性と左
右ハーフビーム出力共役ベクトル積絶対値特性の重み付
け特性との加算合成特性を求めることと同じであり、こ
の加算合成特性自体も左右−・−フビームの相関出力の
基本特性を示すとともに第５図の合成特性として示す如
く負電圧領域をほぼ含まない特性のものがスプリットビ
ーム相関出力特性として得られる。この場合、合成特性
の負電圧領域抑圧をどの程度のものとするかは絶対値演
算回路１２の出力に対し加算回路１３で設定する重み付
け係数にの値によって任意に決定しうる。

こうして形成される合成特性としてのスプリットビーム
相関出力特性は従来のスプリットビーム相関出力特性に
比して指向性の尖鋭度はや＼鈍化するものの単一のハー
フビーム出力特性に比して充分尖鋭であり、かつ処理利
得も従来のスプリットビーム出力と変らず、しかも負電
圧領域をほぼ完全に抑圧しうるものが得られることとな
る。

なお、第４図の実施例において、整相前に受信信号を複
素数化する手段として直交変調回路を利用しているが、
これを同等の機能を有する他の変調回路、変換手段と置
換しても差支えない。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、スプリットビームに
よる指向性ビーム形成回路において、スプリットビーム
ｔ−ｍ成する左、右ノ・−フビームを一形成すべき受波
器出力を実数部と虚数部とに分けてそれぞれ整相したう
え／Ｓ−フビーム化を図るとともにその共役ベクトル積
の実数部と重み付け絶。

対値との加算を介して負電圧領域をほぼ消去した受信指
向特性を付与する手段を備えることによって、負電圧領
域をほぼ消滅しこれにより入力信号の欠落、従って出力
の欠落を基本的に排除したスプリットビーム型の指向性
ビーム形成回路が実現できるという効果がめる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスプリットビームによる相関受信出力の基本的
受信指向性特性図、第２図はスプリットビームを利用す
る従来の指向性ビーム形成回路の基本的構成を示すブロ
ック図、第３図は第２図に示す従来の指向性ビーム形成
回路のスプリットビーム相関出力対／１−フビーム出力
特性対比図、第４図はスプリットビームを利用する本発
明による指向性ビーム形成回路の一実施例の群成を示す
ブロック図、第５図は第４図の実施例におけるスプリッ
トビーム相関出力特性、左右ハーフビーム出力共役ベク
トル積実数特性および絶対値特性相互間の関係を示す特
性相関図である。　　　　　　　−１−１〜１−２Ｎ・
・・・・・受波器、２−１−〜２−２Ｎ・・・・・・シ
ェーディング回路、３−１〜３−２Ｎ・・・・・・遅延
回路、４−１．４−２・・・・・・加算回路、５・・・
・・・乗算回路、６・・・・・・相関積分回路、７−１
〜７−２Ｎ・・・・・・直交変調回路、８・・・・・・
変調キャリア発生回路、９−１．９−２・・・・・・整
相回路、１０・・・・・・ベクトル乗算回路、１１・・
・・・・実数演算回路、１２・・・・・・絶対値演算回
路、１３・・・・・・乗算回路。 隼、ｌ　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 連続的に配列された複数の受波器から左右ほぼ同数の連
   続する受波器群を選択しつつこれら２グループの受波器
   の出力を整相して形成した一対の指向性ビームをそれぞ
   れスプリットビームの左右のハーフビームとしこのハー
   フビーム間の相互相関値をその出力とするスプリットビ
   ーム型の指向性ビーム形成回路において、スプリットビ
   ームを構成する左右のハーフビームを形成すべき受波器
   の出力を実数部と虚数部とに分けてそれぞれ整相したの
   ちこれら両ハーフビーム整相出力の共役ベクトル積の実
   数部成分と重み付け絶対値の和としてハーフビーム間の
   相互相関出力を得るスプリットビーム相関出力手段を備
   えて成ることを特徴とする指向性ビーム形成回路。