JPWO2017006415A1 - 方探装置 - Google Patents

Abstract

方探装置（１）は、Ｎ系統のアナログ受信信号を並列に出力するアンテナ装置（１０）と、これらＮ系統のアナログ受信信号を合成することにより互いに干渉させる信号合成部（２１）と、信号合成部（２１）の出力のうち通過帯域の信号成分を選択的に出力する帯域選択部（２２）と、帯域選択部（２２）の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部（２３）と、電波の周波数特性と該電波の到来方向との間の対応関係を定めるデータベースが格納されているデータ記憶部（２５）と、帯域選択部（２２）を制御して前記通過帯域を変化させる制御部（２６）と、到来方向推定部（２４）とを備える。到来方向推定部（２４）は、Ａ／Ｄ変換部（２３）の出力の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性を前記データベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定する。

Description

本発明は、電波の到来方向を推定する技術に関する。

電波の到来方向（ＤＯＡ：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）を推定する技術では、電波源に対して一定の大きさを持つ受信空間において到来電波に関する情報を収集し、あるいは、電波源から当該受信空間へ空間的な拡がりをもって到来する電波を物理的に合成することでその到来方向の探知（以下「方探」ともいう。）が行われる。

この種のＤＯＡ推定技術は、たとえば、特許文献１（特開２００４−２４７９６４号公報）、特許文献２（特開２００５−０３７３５４号公報）及び下記の非特許文献１に開示されている。特許文献１には、アレイアンテナ部で得られる受信信号に高速フーリエ変換処理を施して当該受信信号の周波数成分を算出し、当該周波数成分に基づいて受信信号の到来方位を検出する技術が開示されている。一方、特許文献２及び非特許文献１には、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と呼ばれるＤＯＡ推定技術が開示されている。

特開２００４−２４７９６４号公報 特開２００５−０３７３５４号公報

Ｈ．Ｋｒｉｍ ａｎｄ Ｍ．Ｖｉｂｅｒｇ，"Ｔｗｏ Ｄｅｃａｄｅｓ ｏｆ Ａｒｒａｙ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ：Ｔｈｅ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ａｐｐｒｏａｃｈ"， ＩＥＥＥ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍａｇａｚｉｎｅ， Ｖｏｌ．１３， Ｎｏ．４， ｐｐ．６７−９４， Ｊｕｌ． １９９６．

従来のＤＯＡ推定技術では、電波の到来方向を高精度に推定するために、その到来方向を推定する方探装置のハードウェア規模が大きくなり、その製造コストが高くなるという課題がある。

上記に鑑みて本発明の目的は、ハードウェア構成の簡素化及び製造コストの低減を実現し得る方探装置を提供する点にある。

本発明の第１の態様による方探装置は、位相差を有する電波を受信可能なＮ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有し、当該Ｎ本のアンテナ素子の出力にそれぞれ対応するＮ系統のアナログ受信信号を並列に出力するアンテナ装置と、前記Ｎ系統のアナログ受信信号を合成することにより当該Ｎ系統のアナログ受信信号を互いに干渉させて干渉信号を生成する信号合成部と、可変に設定される通過帯域を有し、前記干渉信号のうち前記通過帯域の信号成分を選択的に出力する帯域選択部と、前記帯域選択部の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部と、電波の周波数特性と該電波の到来方向との間の対応関係を定めるデータベースが格納されているデータ記憶部と、前記帯域選択部を制御して前記通過帯域を変化させる制御部と、前記Ａ／Ｄ変換部の出力の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性を前記データベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定する到来方向推定部とを備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様による方探装置は、位相差を有する到来電波を受信可能なＮ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有し、当該Ｎ本のアンテナ素子の出力にそれぞれ対応するＮ系統のアナログ受信信号を並列に出力するアンテナ装置と、可変に設定される通過帯域を有し、前記Ｎ系統のアナログ受信信号にそれぞれフィルタリングを施すことにより前記通過帯域の信号成分としてＮ系統のフィルタ信号を並列に出力する帯域選択部と、前記Ｎ系統のフィルタ信号を合成することにより当該Ｎ系統のフィルタ信号を互いに干渉させる信号合成部と、前記信号合成部の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部と、電波の周波数特性と該電波の到来方向との間の対応関係を定めるデータベースが格納されているデータ記憶部と、前記帯域選択部を制御して前記通過帯域を変化させる制御部と、前記Ａ／Ｄ変換部の出力の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性を前記データベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定する到来方向推定部とを備えることを特徴とする。

本発明の第３の態様による方探装置は、位相差を有する到来電波を互いに干渉させることで干渉波を発生させ、当該干渉波に対応するアナログ受信信号を出力するアンテナ装置と、可変に設定された通過帯域を有し、前記アナログ受信信号のうち前記通過帯域の信号成分を選択的に出力する帯域選択部と、前記帯域選択部の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部と、電波の周波数特性と該電波の到来方向との間の対応関係を定めるデータベースが格納されているデータ記憶部と、前記帯域選択部を制御して前記通過帯域を変化させる制御部と、前記Ａ／Ｄ変換部の出力の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性を前記データベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定する到来方向推定部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、制御部は、帯域選択部の通過帯域を変化させる。到来方向推定部は、その変化する通過帯域を通過した信号成分の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性をデータベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定する。したがって、受信電波の到来方向を一定の精度で推定することができ、従来技術と比べて方探装置のハードウェア構成の簡素化、ひいては製造コストの低減を実現することもできる。

本発明に係る実施の形態１の方探装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態１に係る到来方向推定処理の手順を概略的に示すフローチャートである。 実施の形態１に係る信号処理ユニットの構成例を示す機能ブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の方探装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る実施の形態３の方探装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態３に係る到来方向推定処理の手順を概略的に示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面において同一符号を付された構成要素は、同一機能及び同一構成を有するものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の方探装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。図１に示されるように、この方探装置１は、Ｎ本のアンテナ素子ＡＮ_１，ＡＮ_２，…，ＡＮ_Ｎを有するアレーアンテナ装置１０を備えている。ここで、Ｎは、３以上の整数である。これらアンテナ素子ＡＮ_１，…，ＡＮ_Ｎは、位相差を有する到来電波を受信可能となるように規則的に配列されている。電波の到来方向を推定するためには、電波の空間分布を観測する必要があるので、アンテナ素子ＡＮ_１，…，ＡＮ_Ｎは、一定の空間の広がりをもって配置されている。よって、電波源からアンテナ素子ＡＮ_１，…，ＡＮ_Ｎへ至る電波の伝搬経路は複数存在する。なお、本実施の形態の観測対象としては、放電現象により発生する広帯域の電波が挙げられるが、これに限定されるものではない。

また、アレーアンテナ装置１０は、アンテナ素子ＡＮ_１，ＡＮ_２，…，ＡＮ_Ｎの出力にそれぞれ増幅処理を施すことでＮ系統のアナログ受信信号を生成する受信器ＲＸ_１，ＲＸ_２，…，ＲＸ_Ｎを備えている。

更に、方探装置１は、アレーアンテナ装置１０から並列に出力されたＮ系統のアナログ受信信号を合成する信号合成部２１と、信号合成部２１の出力をフィルタリングする帯域選択部２２と、帯域選択部２２のアナログ出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部２３と、Ａ／Ｄ変換部２３のディジタル出力に基づいて受信電波の到来方向を推定する到来方向推定部２４と、電波の周波数特性に関するデータベースが格納されているデータ記憶部２５と、制御部２６とを備えている。制御部２６は、アレーアンテナ装置１０の受信器ＲＸ_１，…，ＲＸ_Ｎ、帯域選択部２２及び到来方向推定部２４のそれぞれの動作を制御する。

信号合成部２１は、アレーアンテナ装置１０から入力されたＮ系統のアナログ受信信号を合成することにより当該Ｎ系統のアナログ受信信号を互いに干渉させて干渉信号を生成する。信号合成部２１は、たとえば、導波管構造を用いて構成することができる。

帯域選択部２２は、可変に設定される通過帯域Ｂｆを有するアナログフィルタで構成されている。制御部２６は、帯域選択部２２を制御して、この帯域選択部２２の通過帯域Ｂｆを、中心周波数の異なる複数の周波数帯域ＮＢ_１，…，ＮＢ_Ｍ（Ｍは２以上の整数）のいずれかに設定することができる。周波数帯域ＮＢ_１，…，ＮＢ_Ｍは、周波数領域で連続していてもよいし、不連続であってもよい。帯域選択部２２は、信号合成部２１から入力された干渉信号のうち通過帯域Ｂｆの信号成分をアナログ・フィルタ信号として出力する。Ａ／Ｄ変換部２３は、帯域選択部２２のアナログ出力をディジタル・フィルタ信号に変換し、このディジタル・フィルタ信号を到来方向推定部２４に供給する。ここで、当該ディジタル・フィルタ信号は、位相情報及び振幅情報を有する複素ディジタル信号である。

一方、データ記憶部２５には、アレーアンテナ装置１０に到来するであろう電波の周波数特性と当該電波の到来方向との対応関係を定めるデータベースが格納されている。このデータベースは、実験的環境下での測定結果または理論的な計算結果に基づいて事前に作成され、データ記憶部２５に記録されたものである。当該電波の周波数特性としては、振幅スペクトルまたはパワースペクトルを使用することができる。

到来方向推定部２４は、Ａ／Ｄ変換部２３から入力されたディジタル・フィルタ信号の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性をデータ記憶部２５内のデータベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定することができる。たとえば、到来方向推定部２４は、当該計算された周波数特性と、データベース内の複数個の周波数特性との間の相関分析を行うことにより、データベース内に記録されている複数個の周波数特性のうち、当該計算された周波数特性と最も高い相関度を有する周波数特性を選択することができる。到来方向推定部２４は、データベースにおいて当該選択された周波数特性に対応する到来方向を受信電波の到来方向であると推定し、その推定結果を示す推定データを出力する。

制御部２６は、アレーアンテナ装置１０における受信器ＲＸ_１，…，ＲＸ_Ｎの増幅処理の利得を個別に制御し、これによりアレーアンテナ装置１０全体の受信利得を最適化することができる。また、制御部２６は、到来方向推定部２４による推定結果の精度が低いと判断した場合は、再度、到来方向推定部２４に到来方向を推定させることもできる。たとえば、ディジタル・フィルタ信号に基づいて計算された周波数特性とデータベース内の周波数特性との間の相関度を示す数値のいずれもが閾値を下回る場合には、到来方向推定部２４による推定結果の精度が低いと判断することができる。

次に、図２を参照しつつ、上記方探装置１の動作について説明する。図２は、本実施の形態に係る到来方向（ＤＯＡ：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）推定処理の手順の例を概略的に示すフローチャートである。この到来方向推定処理は、主に到来方向推定部２４及び制御部２６により実行される。

図２を参照すると、まず、制御部２６は、アレーアンテナ装置１０に対する初期設定を行う（ステップＳＴ１）。具体的には、アレーアンテナ装置１０における受信器ＲＸ_１，…，ＲＸ_Ｎに対してそれぞれ利得の初期設定を行う。次いで、制御部２６は、帯域番号ｍを初期値（＝１）に設定することにより、帯域選択部２２の通過帯域Ｂｆを１番目の周波数帯域ＮＢ_１に設定する（ステップＳＴ２）。この結果、帯域選択部２２は、信号合成部２１から入力された干渉信号のうち周波数帯域ＮＢ_１の信号成分をアナログ・フィルタ信号ＦＳ_１として出力する。

到来方向推定部２４は、Ａ／Ｄ変換部２３からディジタル・フィルタ信号ＦＳ_１が入力されるまで待機している（ステップＳＴ３のＮＯ）。到来方向推定部２４にディジタル・フィルタ信号ＦＳ_１が入力されたとき（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、到来方向推定部２４は、当該ディジタル・フィルタ信号ＦＳ_１の値をメモリに記憶する（ステップＳＴ４）。

次に、制御部２６は、帯域番号ｍが最大値（＝Ｍ）に到達していない場合（ステップＳＴ５のＮＯ）、帯域番号ｍを１だけインクリメントする（ステップＳＴ６）。これにより、帯域選択部２２の通過帯域Ｂｆは２番目の周波数帯域ＮＢ_２に設定される。この結果、帯域選択部２２は、信号合成部２１から入力された干渉信号のうち周波数帯域ＮＢ_２の信号成分をアナログ・フィルタ信号ＦＳ_２として出力する。そして、到来方向推定部２４にディジタル・フィルタ信号ＦＳ_２が入力されたとき（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、到来方向推定部２４は、当該ディジタル・フィルタ信号ＦＳ_２の値をメモリに記憶する（ステップＳＴ４）。

その後、帯域番号ｍが最大値（＝Ｍ）に到達したとき（ステップＳＴ５のＹＥＳ）、到来方向推定部２４は、ディジタル・フィルタ信号ＦＳ_１，…，ＦＳ_Ｍの周波数特性をデータベースと照合する（ステップＳＴ１０）。具体的には、到来方向推定部２４は、ディジタル・フィルタ信号ＦＳ_１，…，ＦＳ_Ｍのそれぞれの周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性と、データベースに定められている当該電波の周波数特性との組み合わせのうち、最も高い相関を示す組み合わせを検出しようとする。当該組み合わせが検出された場合、到来方向推定部２４は、当該組み合わせに対応する到来方向が受信電波の到来方向であると推定する。

ＤＯＡ推定に成功しなかった場合（ステップＳＴ１１のＮＯ）、到来方向推定部２４は、当該ＤＯＡ推定処理の手順をステップＳＴ２に戻す。たとえば、前述の計算された周波数特性と、データベースに定められている当該電波の周波数特性との組み合わせの全てについて相関度が閾値を下回る場合には、ＤＯＡ推定に成功しなかったと判定することができる。一方、ＤＯＡ推定に成功した場合には（ステップＳＴ１１のＹＥＳ）、到来方向推定部２４は、その推定結果を示す推定データを出力する（ステップＳＴ１２）。これにより、ＤＯＡ推定処理は終了する。

上記した到来方向推定部２４及び制御部２６の機能は、コンピュータ・プログラムを実行するプロセッサにより実現可能である。また、当該機能は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）またはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）により実現されてもよい。

図３は、主に到来方向推定部２４及び制御部２６の機能を実現する信号処理ユニット３０の構成例を概略的に示す機能ブロック図である。図３の信号処理ユニット３０は、ＣＰＵ３１Ｃを含むプロセッサ３１、信号入力インタフェース３２、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３３、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３４、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３５、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やフラッシュメモリなどの大容量記録媒体３６、並びに入出力インタフェース３８を有する。これら構成要素３１，３２，３４，３５，３６，３８は、バス３７を介して相互に接続されている。

プロセッサ３１は、ＲＯＭ３５または大容量記録媒体３６のいずれか一方の記録媒体に記録されているコンピュータプログラムをロードし、このコンピュータプログラムに従って動作することにより、到来方向推定部２４及び制御部２６の機能を実現する。ＲＡＭ３４は、プロセッサ３１の作業用の記憶領域として使用される。たとえば、上記ディジタル・フィルタ信号ＦＳ_１，…，ＦＳ_Ｍの値を一時的に記憶する記憶領域としてＲＡＭ３４が利用される。また、ＡＤＣ３３は、上記Ａ／Ｄ変換部２３として機能し得る。すなわち、ＡＤＣ３３は、上記帯域選択部２２から入力されたアナログ・フィルタ信号をディジタル・フィルタ信号に変換し、このディジタル・フィルタ信号を信号入力インタフェース３２及びバス３７を介してプロセッサ３１に供給することができる。また、ＲＯＭ３５または大容量記録媒体３６は、上記データ記憶部２５として機能し得る。更に、入出力インタフェース３８は、上記したアレーアンテナ装置１０及び帯域選択部２２に対するインタフェースとして機能し得る。

以上に説明したように実施の形態１では、制御部２６は、帯域選択部２２の通過帯域Ｂｆを変化させる。到来方向推定部２４は、その変化する通過帯域Ｂｆを通過した信号成分の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性をデータ記憶部２５内のデータベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定している。したがって、比較的広い帯域の受信電波の到来方向を一定の精度で推定することができる。たとえば、頻発する放電現象で発生する広帯域な電波が断続的に方探装置１に到来する場合、同一発生要因の電波が断続的に到来するので、観測時刻が異なっても電波の周波数特性に相似性が存在すると考えられる。本実施の形態の方探装置１は、この種の放電現象で発生した広帯域な電波の到来方向を検出することができる。

また、本実施の形態は、従来技術と比べて方探装置のハードウェア構成の簡素化、ひいては製造コストの低減を実現することができる。一般に、Ａ／Ｄ変換器の性能は、当該Ａ／Ｄ変換器への入力信号の周波数が高いほどに高性能であることが要求されるが、この種のＡ／Ｄ変換器のハードウェア規模は大きい。本実施の形態のＡ／Ｄ変換部２３は、図１に示されるように信号合成部２１及び帯域選択部２２よりも後段に設けられているので、１系統のアナログ信号をディジタル化すれば足りる。よって、方探装置１は、受信器ＲＸ_１，…，ＲＸ_ＮのＮ系統の出力をディジタル化する大規模な回路構成を備える必要が無いので、方探装置１のハードウェア構成を簡素化することができる。

実施の形態２．
次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。図４は、実施の形態２の方探装置１Ｍの概略構成を示す機能ブロック図である。図４に示されるように、この方探装置１Ｍは、上記実施の形態１のアレーアンテナ装置１０と同一構成を有するアレーアンテナ装置１０を備えている。

また、方探装置１Ｍは、アレーアンテナ装置１０から並列に出力されたＮ系統のアナログ受信信号をそれぞれフィルタリングしてＮ系統のアナログ・フィルタ信号を並列に出力する帯域選択部４０と、これらＮ系統のアナログ・フィルタ信号を合成する信号合成部４２と、信号合成部４２のアナログ出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部２３と、Ａ／Ｄ変換部２３のディジタル出力に基づいて受信電波の到来方向を推定する到来方向推定部２４と、電波の周波数特性に関するデータベースが格納されているデータ記憶部２５と、制御部２６Ｍとを備えている。

本実施の形態のＡ／Ｄ変換部２３、到来方向推定部２４及びデータ記憶部２５の構成は、図１に示したＡ／Ｄ変換部２３、到来方向推定部２４及びデータ記憶部２５の構成と同じであるので、詳細な説明を省略する。

制御部２６Ｍは、上記実施の形態１の制御部２６と同様に、アレーアンテナ装置１０の受信器ＲＸ_１，…，ＲＸ_Ｎ及び到来方向推定部２４のそれぞれの動作を制御する機能を有する。本実施の形態の制御部２６Ｍは、帯域選択部４０の通過帯域を制御する機能を有している。

帯域選択部４０は、可変に設定される共通の通過帯域Ｂｆを有するＮ個のアナログフィルタ４１_１，４１_２，…，４１_Ｎで構成されている。これらアナログフィルタ４１_１，４１_２，…，４１_Ｎは、それぞれ、受信器ＲＸ_１，ＲＸ_２，…，ＲＸ_Ｎの出力をフィルタリングする。制御部２６Ｍは、これらアナログフィルタ４１_１，…，４１_Ｎを個別に制御して、アナログフィルタ４１_１，…，４１_Ｎの通過帯域Ｂｆを、中心周波数の異なる複数の周波数帯域ＮＢ_１，…，ＮＢ_Ｍ（Ｍは２以上の整数）のいずれかに設定することができる。周波数帯域ＮＢ_１，…，ＮＢ_Ｍは、周波数領域で連続していてもよいし、不連続であってもよい。

信号合成部４２は、帯域選択部４０から入力されたＮ系統のアナログ・フィルタ信号を合成することにより当該Ｎ系統のアナログ・フィルタ信号を互いに干渉させて干渉信号を生成し出力する。信号合成部４２は、たとえば、導波管構造を用いて構成することができる。Ａ／Ｄ変換部２３は、信号合成部４２のアナログ出力をディジタル・フィルタ信号に変換し、このディジタル・フィルタ信号を到来方向推定部２４に供給する。ここで、当該ディジタル・フィルタ信号は、位相情報及び振幅情報を有する複素ディジタル信号である。

本実施の形態でも、到来方向推定部２４及び制御部２６Ｍは、図２に示した手順でＤＯＡ推定処理を実行することができる。また、到来方向推定部２４及び制御部２６Ｍの機能は、図３に示した信号処理ユニット３０により実現可能である。

以上に説明したように実施の形態２では、制御部２６Ｍは、帯域選択部４０の通過帯域Ｂｆを変化させる。到来方向推定部２４は、その変化する通過帯域Ｂｆを通過した信号成分の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性をデータ記憶部２５内のデータベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定している。したがって、実施の形態１の場合と同様に、比較的広い帯域の受信電波の到来方向を一定の精度で推定することができ、従来技術と比べて方探装置のハードウェア構成の簡素化、ひいては製造コストの低減を実現することができる。

実施の形態３．
次に、本発明に係る実施の形態３について説明する。図５は、実施の形態３の方探装置２の概略構成を示す機能ブロック図である。

図５に示されるように、この方探装置２は、位相差を有する到来電波を受信するアンテナ装置１１を備えている。このアンテナ装置１１は、当該アンテナ装置１１自身の構造で当該到来電波を互いに干渉させることで干渉波を発生させる電波干渉部１１ｃを有する。アンテナ装置１１は、当該干渉波に対応するアナログ受信信号である干渉信号を出力する。この種のアンテナ装置１１としては、たとえば、公知のパラボラアンテナなどの開口面アンテナを使用することができる。一般に、パラボラアンテナは、回転放物曲面を有する反射器と、当該回転放物曲面の焦点に配置された受信部とを有している。到来電波として平面波が反射器に入射すると、当該反射器の回転放物曲面で反射した到来電波が受信部に集められて干渉する。

方探装置２は、図５に示されるように帯域選択部２２、Ａ／Ｄ変換部２３、到来方向推定部２４及びデータ記憶部２５を備えている。本実施の形態のＡ／Ｄ変換部２３、到来方向推定部２４及びデータ記憶部２５の構成は、図１に示したＡ／Ｄ変換部２３、到来方向推定部２４及びデータ記憶部２５の構成と同じであるので、詳細な説明を省略する。制御部２６Ｋは、上記実施の形態１の制御部２６と同様に、帯域選択部２２及び到来方向推定部２４の動作を制御する機能を有している。

次に、図６を参照しつつ、上記方探装置２の動作について説明する。図６は、本実施の形態に係るＤＯＡ推定処理の手順の例を概略的に示すフローチャートである。この到来方向推定処理は、主に到来方向推定部２４及び制御部２６Ｋにより実行される。

図６を参照すると、制御部２６Ｋは、帯域番号ｍを初期値（＝１）に設定することにより、帯域選択部２２の通過帯域Ｂｆを１番目の周波数帯域ＮＢ_１に設定する（ステップＳＴ２２）。この結果、帯域選択部２２は、アンテナ装置１１から入力された干渉信号のうち周波数帯域ＮＢ_１の信号成分をアナログ・フィルタ信号ＦＳ_１として出力する。到来方向推定部２４は、Ａ／Ｄ変換部２３からディジタル・フィルタ信号ＦＳ_１が入力されるまで待機している（ステップＳＴ２３のＮＯ）。到来方向推定部２４にディジタル・フィルタ信号ＦＳ_１が入力されたとき（ステップＳＴ２３のＹＥＳ）、到来方向推定部２４は、当該ディジタル・フィルタ信号ＦＳ_１の値をメモリに記憶する（ステップＳＴ２４）。

次に、制御部２６Ｋは、帯域番号ｍが最大値（＝Ｍ）に到達していない場合（ステップＳＴ２５のＮＯ）、帯域番号ｍを１だけインクリメントする（ステップＳＴ２６）。これにより、帯域選択部２２の通過帯域Ｂｆは２番目の周波数帯域ＮＢ_２に設定される。この結果、帯域選択部２２は、アンテナ装置１１から入力された干渉信号のうち周波数帯域ＮＢ_２の信号成分をアナログ・フィルタ信号ＦＳ_２として出力する。そして、到来方向推定部２４にディジタル・フィルタ信号ＦＳ_２が入力されたとき（ステップＳＴ２３のＹＥＳ）、到来方向推定部２４は、当該ディジタル・フィルタ信号ＦＳ_２の値をメモリに記憶する（ステップＳＴ２４）。

その後、帯域番号ｍが最大値（＝Ｍ）に到達したとき（ステップＳＴ２５のＹＥＳ）、到来方向推定部２４は、上記実施の形態１のステップＳＴ１０（図２）の場合と同様に、ディジタル・フィルタ信号ＦＳ_１，…，ＦＳ_Ｍの周波数特性をデータベースと照合する（ステップＳＴ３０）。この結果、ＤＯＡ推定に成功しなかった場合（ステップＳＴ３１のＮＯ）、到来方向推定部２４は、当該ＤＯＡ推定処理の手順をステップＳＴ２２に戻す。一方、ＤＯＡ推定に成功した場合には（ステップＳＴ３１のＹＥＳ）、到来方向推定部２４は、その推定結果を示す推定データを出力する（ステップＳＴ３２）。これにより、ＤＯＡ推定処理は終了する。

以上に説明したように実施の形態３では、制御部２６Ｋは、帯域選択部２２の通過帯域Ｂｆを変化させる。到来方向推定部２４は、その変化する通過帯域Ｂｆを通過した信号成分の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性をデータ記憶部２５内のデータベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定している。したがって、実施の形態１の場合と同様に、比較的広い帯域の受信電波の到来方向を一定の精度で推定することができ、従来技術と比べて方探装置のハードウェア構成の簡素化、ひいては製造コストの低減を実現することができる。

以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、上記実施の形態１，２では、アレーアンテナ装置１０は、３本以上のアンテナ素子ＡＮ_１，ＡＮ_２，…，ＡＮ_Ｎを有するが、これに限定されるものではない。アンテナ素子の本数が２本であってもよい。

また、受信電波の到来方向の推定精度を向上させる観点からは、アンテナ素子ＡＮ_１，…，ＡＮ_Ｎの配置を幾何学的に非対称の配置とすることが望ましい。

なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

本発明に係る方探装置は、電波受信装置での使用に適しており、特に、放電現象により発生する電波を観測対象とし、放電発生源を特定するための電波受信装置での使用に適している。

ＡＮ_１〜ＡＮ_Ｎ アンテナ素子、ＲＸ_１〜ＲＸ_Ｎ 受信器、１，１Ｍ，２ 方探装置、１０ アレーアンテナ装置、１１ アンテナ装置、１１ｃ 電波干渉部、２１ 信号合成部、２２ 帯域選択部、２３ Ａ／Ｄ変換部、２４ 到来方向推定部、２５ データ記憶部、２６，２６Ｍ，２６Ｋ 制御部、３０ 信号処理ユニット、３１ プロセッサ、３１Ｃ ＣＰＵ、３２ 信号入力インタフェース、３３ Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）、３４ ＲＡＭ、３５ ＲＯＭ、３６ 大容量記録媒体、３７ バス、３８ 入出力インタフェース、４０ 帯域選択部、４１_１〜４１_Ｎ アナログフィルタ、４２ 信号合成部。

本発明の第１の態様による方探装置は、位相差を有する電波を受信可能なＮ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有し、当該Ｎ本のアンテナ素子の出力にそれぞれ対応するＮ系統のアナログ受信信号を並列に出力するアンテナ装置と、前記Ｎ系統のアナログ受信信号を合成することにより当該Ｎ系統のアナログ受信信号を互いに干渉させて干渉信号を生成する信号合成部と、可変に設定される通過帯域を有し、前記干渉信号のうち前記通過帯域の信号成分を選択的に出力する帯域選択部と、前記帯域選択部の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部と、電波の振幅スペクトルまたはパワースペクトルの周波数特性と該電波の到来方向との間の対応関係を定めるデータベースが格納されているデータ記憶部と、前記帯域選択部を制御して前記通過帯域を変化させる制御部と、前記Ａ／Ｄ変換部の出力の振幅スペクトルまたはパワースペクトルの周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性を前記データベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定する到来方向推定部とを備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様による方探装置は、位相差を有する到来電波を受信可能なＮ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有し、当該Ｎ本のアンテナ素子の出力にそれぞれ対応するＮ系統のアナログ受信信号を並列に出力するアンテナ装置と、可変に設定される通過帯域を有し、前記Ｎ系統のアナログ受信信号にそれぞれフィルタリングを施すことにより前記通過帯域の信号成分としてＮ系統のフィルタ信号を並列に出力する帯域選択部と、前記Ｎ系統のフィルタ信号を合成することにより当該Ｎ系統のフィルタ信号を互いに干渉させる信号合成部と、前記信号合成部の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部と、電波の振幅スペクトルまたはパワースペクトルの周波数特性と該電波の到来方向との間の対応関係を定めるデータベースが格納されているデータ記憶部と、前記帯域選択部を制御して前記通過帯域を変化させる制御部と、前記Ａ／Ｄ変換部の出力の振幅スペクトルまたはパワースペクトルの周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性を前記データベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定する到来方向推定部とを備えることを特徴とする。

本発明の第３の態様による方探装置は、位相差を有する到来電波を互いに干渉させることで干渉波を発生させ、当該干渉波に対応するアナログ受信信号を出力するアンテナ装置と、可変に設定された通過帯域を有し、前記アナログ受信信号のうち前記通過帯域の信号成分を選択的に出力する帯域選択部と、前記帯域選択部の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部と、電波の振幅スペクトルまたはパワースペクトルの周波数特性と該電波の到来方向との間の対応関係を定めるデータベースが格納されているデータ記憶部と、前記帯域選択部を制御して前記通過帯域を変化させる制御部と、前記Ａ／Ｄ変換部の出力の振幅スペクトルまたはパワースペクトルの周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性を前記データベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定する到来方向推定部とを備えることを特徴とする。

Claims (7)

1. 位相差を有する電波を受信可能なＮ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有し、当該Ｎ本のアンテナ素子の出力にそれぞれ対応するＮ系統のアナログ受信信号を並列に出力するアンテナ装置と、
   前記Ｎ系統のアナログ受信信号を合成することにより当該Ｎ系統のアナログ受信信号を互いに干渉させて干渉信号を生成する信号合成部と、
   可変に設定される通過帯域を有し、前記干渉信号のうち前記通過帯域の信号成分を選択的に出力する帯域選択部と、
   前記帯域選択部の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部と、
   電波の周波数特性と該電波の到来方向との間の対応関係を定めるデータベースが格納されているデータ記憶部と、
   前記帯域選択部を制御して前記通過帯域を変化させる制御部と、
   前記Ａ／Ｄ変換部の出力の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性を前記データベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定する到来方向推定部と
   を備えることを特徴とする方探装置。
2. 請求項１記載の方探装置であって、
   前記制御部は、前記通過帯域をＭ個（Ｍは２以上の整数）の周波数帯域に順次設定することにより前記通過帯域を変化させ、
   前記帯域選択部は、前記Ｍ個の周波数帯域の信号成分を順次出力し、
   前記Ａ／Ｄ変換部は、前記Ｍ個の周波数帯域の信号成分にそれぞれ対応するＭ個のディジタル信号を順次出力し、
   前記到来方向推定部は、前記Ｍ個のディジタル信号に基づいてそれぞれ計算された当該周波数特性と、前記データベースに定められている当該電波の周波数特性との組み合わせのうち、最も高い相関を示す組み合わせを検出し、当該検出された組み合わせに対応する当該電波の到来方向を前記受信電波の到来方向であると推定する、
   ことを特徴とする方探装置。
3. 位相差を有する到来電波を受信可能なＮ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を有し、当該Ｎ本のアンテナ素子の出力にそれぞれ対応するＮ系統のアナログ受信信号を並列に出力するアンテナ装置と、
   可変に設定される通過帯域を有し、前記Ｎ系統のアナログ受信信号にそれぞれフィルタリングを施すことにより前記通過帯域の信号成分としてＮ系統のフィルタ信号を並列に出力する帯域選択部と、
   前記Ｎ系統のフィルタ信号を合成することにより当該Ｎ系統のフィルタ信号を互いに干渉させる信号合成部と、
   前記信号合成部の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部と、
   電波の周波数特性と該電波の到来方向との間の対応関係を定めるデータベースが格納されているデータ記憶部と、
   前記帯域選択部を制御して前記通過帯域を変化させる制御部と、
   前記Ａ／Ｄ変換部の出力の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性を前記データベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定する到来方向推定部と
   を備えることを特徴とする方探装置。
4. 請求項３記載の方探装置であって、
   前記制御部は、前記通過帯域をＭ個（Ｍは２以上の整数）の周波数帯域に順次設定することにより前記通過帯域を変化させ、
   前記信号合成部は、前記Ｍ個の周波数帯域の信号成分を順次出力し、
   前記Ａ／Ｄ変換部は、前記Ｍ個の周波数帯域の信号成分にそれぞれ対応するＭ個のディジタル信号を順次出力し、
   前記到来方向推定部は、前記Ｍ個のディジタル信号に基づいてそれぞれ計算された当該周波数特性と、前記データベースに定められている当該電波の周波数特性との組み合わせのうち、最も高い相関を示す組み合わせを検出し、当該検出された組み合わせに対応する当該電波の到来方向を前記受信電波の到来方向であると推定する、
   ことを特徴とする方探装置。
5. 位相差を有する到来電波を互いに干渉させることで干渉波を発生させ、当該干渉波に対応するアナログ受信信号を出力するアンテナ装置と、
   可変に設定された通過帯域を有し、前記アナログ受信信号のうち前記通過帯域の信号成分を選択的に出力する帯域選択部と、
   前記帯域選択部の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換部と、
   電波の周波数特性と該電波の到来方向との間の対応関係を定めるデータベースが格納されているデータ記憶部と、
   前記帯域選択部を制御して前記通過帯域を変化させる制御部と、
   前記Ａ／Ｄ変換部の出力の周波数特性を計算し、当該計算された周波数特性を前記データベースと照合することにより受信電波の到来方向を推定する到来方向推定部と
   を備えることを特徴とする方探装置。
6. 請求項５記載の方探装置であって、前記アンテナ装置は、開口面アンテナであることを特徴とする方探装置。
7. 請求項５記載の方探装置であって、
   前記制御部は、前記通過帯域をＭ個（Ｍは２以上の整数）の周波数帯域に順次設定することにより前記通過帯域を変化させ、
   前記帯域選択部は、前記Ｍ個の周波数帯域の信号成分を順次出力し、
   前記Ａ／Ｄ変換部は、前記Ｍ個の周波数帯域の信号成分にそれぞれ対応するＭ個のディジタル信号を順次出力し、
   前記到来方向推定部は、前記Ｍ個のディジタル信号に基づいてそれぞれ計算された当該周波数特性と、前記データベースに定められている当該電波の周波数特性との組み合わせのうち、最も高い相関を示す組み合わせを検出し、当該検出された組み合わせに対応する当該電波の到来方向を前記受信電波の到来方向であると推定する、
   ことを特徴とする方探装置。

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