(57)【要約】【課題】  信号の立ち上がりがなまっていた場合や信号の振幅値が異なる場合でも、時間差測定誤差が生じにくい新規な方位探知装置及び方位探知方法を提供することを目的とする。【解決手段】  到来電波を所定間隔離れて受信し、それらの受信信号をそれぞれ中間周波数に変換し、受信信号の包絡線に基づき、包絡線のパルス部分の面積重心をそれぞれ算出して、算出された面積重心の差と前記所定距離から到来電波の到来方位を検出する。或いは、到来電波を所定間隔離れて受信し、それらの到来電波をそれぞれ高速フーリエ変換してからスペクトル積を算出して、このスペクトル積を逆高速フーリエ変換して面積重心を算出して、算出された面積重心から得られる到来電波を前記所定間隔離れて受信した時間差と前記所定距離から到来電波の到来方位を検出する。【選択図】        図４
2010185690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
到来電波を受信する第１のアンテナと、この第１のアンテナと所定間隔離れて設けられ、到来電波を受信する第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが受信した受信信号をそれぞれ増幅する高周波増幅部と、この高周波増幅部が増幅した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換するフィルタ及び周波数変換部と、このフィルタ及び周波数変換部により中間周波数に変換された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄされた受信信号の包絡線をそれぞれ検出する包絡線検出部と、この包絡線検出部で検出された包絡線のパルス部分の面積重心をそれぞれ算出するパルス面積重心算出部と、このパルス面積重心算出部から算出された受信信号におけるパルスの面積重心の差から時間差を検出する時間差検出部と、この時間差検出部が検出した時間差と前記所定間隔とから到来電波の到来方位を検出する方位検出部とを備えた方位探知装置。
【請求項２】
到来電波を受信する第１のアンテナと、この第１のアンテナと所定間隔離れて設けられ、到来電波を受信する第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが受信した受信信号をそれぞれ増幅する高周波増幅部と、この高周波増幅部が増幅した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換するフィルタ及び周波数変換部と、このフィルタ及び周波数変換部により中間周波数に変換された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄされた受信信号のキャリア波の面積重心をそれぞれ算出するパルス面積重心算出部と、このパルス面積重心算出部から算出された受信信号におけるキャリア波の面積重心の差から時間差を検出する時間差検出部と、この時間差検出部が検出した時間差と前記所定間隔とから到来電波の到来方位を検出する方位検出部とを備えた方位探知装置。
【請求項３】
到来電波を所定間隔離れて受信し、それらの受信信号をそれぞれ中間周波数に変換し、受信信号の包絡線に基づき、包絡線のパルス部分の面積重心をそれぞれ算出して、算出された面積重心の差と前記所定距離から到来電波の到来方位を検出する方位探知方法。
【請求項４】
到来電波を所定間隔離れて受信し、それらの受信信号をそれぞれ中間周波数に変換し、受信信号のキャリア波の面積重心をそれぞれ算出して、算出された面積重心の差と前記所定距離から到来電波の到来方位を検出する方位探知方法。
【請求項５】
到来電波を受信する第１のアンテナと、この第１のアンテナと所定間隔離れて設けられ、到来電波を受信する第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが受信した受信信号をそれぞれ増幅する高周波増幅部と、この高周波増幅部が増幅した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換するフィルタ及び周波数変換部と、このフィルタ及び周波数変換部により中間周波数に変換された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄされた受信信号をそれぞれ高速フーリエ変換し、スペクトル積を算出するスペクトル計算部と、このスペクトル計算部が算出したスペクトル積を逆高速フーリエ変換して相互相関函数を算出する相互相関函数計算部と、この相互相関函数計算部が算出した相互相関函数における所定の最大値と所定の最小値とから決定される面積を算出する面積算出部と、この面積算出部が算出した面積の面積重心を算出する面積重心算出部と、この面積重心算出部が算出した面積重心から得られる前記第１のアンテナが到来電波を受信した時間と前記第２のアンテナが到来電波を受信した時間との差と前記所定間隔とから到来電波の到来方位を検出する方位検出部とを備えた方位探知装置。
【請求項６】
到来電波を受信する第１のアンテナと、この第１のアンテナと所定間隔離れて設けられ、到来電波を受信する第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが受信した受信信号をそれぞれ増幅する高周波増幅部と、この高周波増幅部が増幅した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換するフィルタ及び周波数変換部と、このフィルタ及び周波数変換部により中間周波数に変換された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄされた受信信号をそれぞれ高速フーリエ変換し、スペクトル積を算出するスペクトル計算部と、このスペクトル計算部が算出したスペクトル積のピーク周波数を検出するピーク周波数検出部と、このピーク周波数検出部が検出したピーク周波数の中心とする通過帯域を有し、前記スペクトル計算部が算出したスペクトル積を濾波するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタにより濾波されたスペクトル積を逆高速フーリエ変換して相互相関函数を算出する相互相関函数計算部と、この相互相関函数計算部が算出した相互相関函数における所定の最大値と所定の最小値とから決定される面積を算出する面積算出部と、この面積算出部が算出した面積の面積重心を算出する面積重心算出部と、この積重心算出部が算出した面積重心から得られる前記第１のアンテナが到来電波を受信した時間と前記第２のアンテナが到来電波を受信した時間との差と前記所定間隔とから到来電波の到来方位を検出する方位検出部とを備えた方位探知装置。
【請求項７】
前記面積算出部は、面積重心算出範囲を設定するための基準として用いる閾値を、算出した相互相関函数における所定の最大値以下でかつ所定の最大値に近い所定の値に設ける手段を有し、前記閾値を用いて面積重心算出範囲を設定し、前記面積重心算出範囲において面積重心を算出する請求項５又は請求項６に記載の方位探知装置。
【請求項８】
前記フィルタ及び周波数変換部は、受信信号の振幅を制限するハードリミティング手段を有し、このハードリミティング手段により振幅制限された受信信号を用いて到来電波の到来方位を検出する請求項５又は請求項６に記載の方位探知装置。
【請求項９】
到来電波を受信する第１のアンテナと、この第１のアンテナと所定間隔離れて設けられ、到来電波を受信する第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが受信した受信信号をそれぞれ増幅する高周波増幅部と、この高周波増幅部が増幅した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換するフィルタ及び周波数変換部と、このフィルタ及び周波数変換部により中間周波数に変換された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄされた受信信号の振幅を制限する振幅制限処理部と、この振幅制限処理部により振幅が制限された受信信号をそれぞれ高速フーリエ変換し、スペクトル積を算出するスペクトル計算部と、このスペクトル計算部が算出したスペクトル積のピーク周波数を検出するピーク周波数検出部と、このピーク周波数検出部が検出したピーク周波数の中心とする通過帯域を有し、前記スペクトル計算部が算出したスペクトル積を濾波するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタにより濾波されたスペクトル積を逆高速フーリエ変換して相互相関函数を算出する相互相関函数計算部と、この相互相関函数計算部が算出した相互相関函数における所定の最大値と所定の最小値とから決定される面積を算出する面積算出部と、この面積算出部が算出した面積の面積重心を算出する面積重心算出部と、この積重心算出部が算出した面積重心から得られる前記第１のアンテナが到来電波を受信した時間と前記第２のアンテナが到来電波を受信した時間との差と前記所定間隔とから到来電波の到来方位を検出する方位検出部とを備えた方位探知装置。
【請求項１０】
到来電波を所定間隔離れて受信し、それらの到来電波をそれぞれ高速フーリエ変換してからスペクトル積を算出して、このスペクトル積を逆高速フーリエ変換して面積重心を算出して、算出された面積重心から得られる到来電波を前記所定間隔離れて受信した時間差と前記所定距離から到来電波の到来方位を検出する方位探知方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方位探知方法であって、前記スペクトル積のピーク周波数を検出し、前記スペクトル積から前記ピーク周波数の中心とする通過帯域以外の帯域を濾波してから、逆高速フーリエ変換により面積重心を算出する方位探知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、航空機や艦船等の時間差方探装置に組み込まれ、到来電波の電波源を高精度な到来方位の探知を電波の到来時間差を用いて探知する方位探知装置及び方位探知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、方位探知装置には、２つの受信アンテナの間隔をｄとして、到来電波の到来方位θにより光路差が生じるため、２つの受信アンテナに到来する電波の到来時刻は異なる。このため、２つの受信アンテナ間に到来時間差τを生じる。このことから、時間差τを測定することにより、電波の到来方位が算出できるものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。このような方位探知装置では、２つの受信アンテナで受信した受信信号に各処理を施した後に、パルスの立ち上がり検出回路により立ち上がりタイミングを検出、検出したタイミングから、タイムカウンタ１７により立ち上がりの時間差を測定している。立ち上がりの時間差は到来時間差として方位算出回路に出力され、到来方位θが算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２１２０８１号公報（第１図〜第５図）
【特許文献２】特開平５−２１５８３１号公報（第１図〜第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の方位探知装置では、タイムカウンタのカウンタ間隔以上の精度で時間差測定を行うことは不可能であり、精度がある一定以上向上しないという課題がある。また、信号の立ち上がりは一般になまっていて立ち上がりの勾配を持っているので、受信チャンネルの利得が変動して信号振幅が変ると信号波形が閾値を越えるタイミングも変るので、２つの受信チャンネルに利得の差があると立ち上がりの時間差測定誤差が生じる問題もある。
【０００５】
上記課題を解決する手段の１つとして、到来電波を２チャンネル（ＣｈＡ、ＣｈＢ）で受信し、その相互相関函数を計算して、そのピークの遅延時間軸上の位置から時間差を求める方法がある。しかし、この方法でも相互相関函数のピークが丸くなまっていたり、相互相関函数をデジタル演算で求める場合に遅延時間軸の時間量子化単位が大きいと、ピーク位置が精度良く求まらないという課題がある。さらに信号対雑音電力比（Ｓ／Ｎ比）が小さい場合、相互相関函数において複数のピークが立ってしまったり、相互相関函数形の遅延時間がゼロの軸を中心とした左右対称形から崩れることに起因してピーク位置がずれてしまい、ピーク位置に基づいて正確に時間差を求めることができないという課題がある。
【０００６】
先述したように、従来の方位探知装置では信号の立ち上がりがなまっていた場合や、２チャンネルの間で信号の振幅値が異なる場合には、閾値の設定値により時間差測定誤差が生じやすいという課題がある。また、従来の方位探知装置の課題を解決する手段では、Ｓ／Ｎ比が小さい場合、相互相関函数において複数のピークが立ってしまったり、ピーク位置がずれてしまったりし、正確に時間差を求めることができない問題がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、信号の立ち上がりがなまっていた場合や２チャンネルの間で信号の振幅値が異なる場合でも、さらには、Ｓ／Ｎ比が小さい場合でも時間差測定誤差が生じにくい新規な方位探知装置及び方位探知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明に係る方位探知装置は、到来電波を受信する第１のアンテナと、この第１のアンテナと所定間隔離れて設けられ、到来電波を受信する第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが受信した受信信号をそれぞれ増幅する高周波増幅部と、この高周波増幅部が増幅した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換するフィルタ及び周波数変換部と、このフィルタ及び周波数変換部により中間周波数に変換された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄされた受信信号の包絡線をそれぞれ検出する包絡線検出部と、この包絡線検出部で検出された包絡線のパルス部分の面積重心をそれぞれ算出するパルス面積重心算出部と、このパルス面積重心算出部から算出された受信信号におけるパルスの面積重心の差から時間差を検出する時間差検出部と、この時間差検出部が検出した時間差と前記所定間隔とから到来電波の到来方位を検出する方位検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明に係る方位探知装置は、到来電波を受信する第１のアンテナと、この第１のアンテナと所定間隔離れて設けられ、到来電波を受信する第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが受信した受信信号をそれぞれ増幅する高周波増幅部と、この高周波増幅部が増幅した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換するフィルタ及び周波数変換部と、このフィルタ及び周波数変換部により中間周波数に変換された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄされた受信信号のキャリア波の面積重心をそれぞれ算出するパルス面積重心算出部と、このパルス面積重心算出部から算出された受信信号におけるキャリア波の面積重心の差から時間差を検出する時間差検出部と、この時間差検出部が検出した時間差と前記所定間隔とから到来電波の到来方位を検出する方位検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３の発明に係る方位探知方法は、到来電波を所定間隔離れて受信し、それらの受信信号をそれぞれ中間周波数に変換し、受信信号の包絡線に基づき、包絡線のパルス部分の面積重心をそれぞれ算出して、算出された面積重心の差と前記所定距離から到来電波の到来方位を検出することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４の発明に係る方位探知方法は、到来電波を所定間隔離れて受信し、それらの受信信号をそれぞれ中間周波数に変換し、受信信号のキャリア波の面積重心をそれぞれ算出して、算出された面積重心の差と前記所定距離から到来電波の到来方位を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５の発明に係る方位探知装置は、到来電波を受信する第１のアンテナと、この第１のアンテナと所定間隔離れて設けられ、到来電波を受信する第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが受信した受信信号をそれぞれ増幅する高周波増幅部と、この高周波増幅部が増幅した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換するフィルタ及び周波数変換部と、このフィルタ及び周波数変換部により中間周波数に変換された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄされた受信信号をそれぞれ高速フーリエ変換し、スペクトル積を算出するスペクトル計算部と、このスペクトル計算部が算出したスペクトル積を逆高速フーリエ変換して相互相関函数を算出する相互相関函数計算部と、この相互相関函数計算部が算出した相互相関函数における所定の最大値と所定の最小値とから決定される面積を算出する面積算出部と、この面積算出部が算出した面積の面積重心を算出する面積重心算出部と、この面積重心算出部が算出した面積重心から得られる前記第１のアンテナが到来電波を受信した時間と前記第２のアンテナが到来電波を受信した時間との差と前記所定間隔とから到来電波の到来方位を検出する方位検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６の発明に係る方位探知装置は、到来電波を受信する第１のアンテナと、この第１のアンテナと所定間隔離れて設けられ、到来電波を受信する第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが受信した受信信号をそれぞれ増幅する高周波増幅部と、この高周波増幅部が増幅した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換するフィルタ及び周波数変換部と、このフィルタ及び周波数変換部により中間周波数に変換された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄされた受信信号をそれぞれ高速フーリエ変換し、スペクトル積を算出するスペクトル計算部と、このスペクトル計算部が算出したスペクトル積のピーク周波数を検出するピーク周波数検出部と、このピーク周波数検出部が検出したピーク周波数の中心とする通過帯域を有し、前記スペクトル計算部が算出したスペクトル積を濾波するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタにより濾波されたスペクトル積を逆高速フーリエ変換して相互相関函数を算出する相互相関函数計算部と、この相互相関函数計算部が算出した相互相関函数における所定の最大値と所定の最小値とから決定される面積を算出する面積算出部と、この面積算出部が算出した面積の面積重心を算出する面積重心算出部と、この積重心算出部が算出した面積重心から得られる前記第１のアンテナが到来電波を受信した時間と前記第２のアンテナが到来電波を受信した時間との差と前記所定間隔とから到来電波の到来方位を検出する方位検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７の発明に係る方位探知装置は、前記面積算出部が、面積重心算出範囲を設定するための基準として用いる閾値を、算出した相互相関函数における所定の最大値以下でかつ所定の最大値に近い所定の値に設ける手段を有し、前記閾値を用いて面積重心算出範囲を設定し、前記面積重心算出範囲において面積重心を算出する請求項５又は請求項６に記載のものである。
【００１５】
請求項８の発明に係る方位探知装置は、前記フィルタ及び周波数変換部が、受信信号の振幅を制限するハードリミティング手段を有し、このハードリミティング手段により振幅制限された受信信号を用いて到来電波の到来方位を検出する請求項５又は請求項６に記載のものである。
【００１６】
請求項９の発明に係る方位探知装置は、到来電波を受信する第１のアンテナと、この第１のアンテナと所定間隔離れて設けられ、到来電波を受信する第２のアンテナと、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナが受信した受信信号をそれぞれ増幅する高周波増幅部と、この高周波増幅部が増幅した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換するフィルタ及び周波数変換部と、このフィルタ及び周波数変換部により中間周波数に変換された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄされた受信信号の振幅を制限する振幅制限処理部と、この振幅制限処理部により振幅が制限された受信信号をそれぞれ高速フーリエ変換し、スペクトル積を算出するスペクトル計算部と、このスペクトル計算部が算出したスペクトル積のピーク周波数を検出するピーク周波数検出部と、このピーク周波数検出部が検出したピーク周波数の中心とする通過帯域を有し、前記スペクトル計算部が算出したスペクトル積を濾波するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタにより濾波されたスペクトル積を逆高速フーリエ変換して相互相関函数を算出する相互相関函数計算部と、この相互相関函数計算部が算出した相互相関函数における所定の最大値と所定の最小値とから決定される面積を算出する面積算出部と、この面積算出部が算出した面積の面積重心を算出する面積重心算出部と、この積重心算出部が算出した面積重心から得られる前記第１のアンテナが到来電波を受信した時間と前記第２のアンテナが到来電波を受信した時間との差と前記所定間隔とから到来電波の到来方位を検出する方位検出部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０の発明に係る方位探知方法は、到来電波を所定間隔離れて受信し、それらの到来電波をそれぞれ高速フーリエ変換してからスペクトル積を算出して、このスペクトル積を逆高速フーリエ変換して面積重心を算出して、算出された面積重心から得られる到来電波を前記所定間隔離れて受信した時間差と前記所定距離から到来電波の到来方位を検出することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１１の発明に係る方法探知方法は、請求項１０に記載の方位探知方法であって、前記スペクトル積のピーク周波数を検出し、前記スペクトル積から前記ピーク周波数の中心とする通過帯域以外の帯域を濾波してから、逆高速フーリエ変換により面積重心を算出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、請求項１〜４に係る発明によれば、時間差を求めるときの各信号の基準を立ち上がりから面積にすることで、立ち上がりのなまりに関係なく時間差を求めることができ、重心を求める際に受信信号の和をとるため、ノイズが互いに打ち消しあって影響が少なくなり、精度が向上した方位探知装置又は方位探知方法を得ることができる。
【００２０】
請求項５〜１１に係る発明によれば、相互相関函数の真のピークは相互相関函数の山の中心に立つため、面積重心法を用いることで、複数のピークや偽のピークに惑わされることなく真のピークを求めることができ、請求項１〜４に係る発明と同様に、ノイズが互いに打ち消しあって影響が少なくなり、精度が向上した方位探知装置又は方位探知方法を得ることができる。
【００２１】
加えて、請求項７に係る発明によれば、相互相関函数の面積重心を算出する範囲を設定するための基準として用いる閾値を、相互相関函数の最大値以下であって、かつ最大値の近傍に設けることで、相互相関函数の面積重心を算出する範囲を最大値の近傍に限定することができ、相互相関函数の最大値の近傍は相互相関値に含まれるノイズに起因する成分が抑圧されているので函数形の左右対称性の崩れが少ないことから、算出される重心の位置ずれが
小さくなり、精度が向上した方位探知装置を得ることができる。
【００２２】
加えて、請求項８及び９に係る発明によれば、受信信号の振幅を制限するハードリミティング手段又は振幅制限処理部を備えることで、Ｓ／Ｎ比が小さい場合でも信号電力がノイズの電力を上回っていればハードリミティングにおける微小信号抑圧効果によりノイズが抑圧されて相互相関函数形の左右対称性が改善され、また複数のピークの発生も抑制されるので、算出される重心の位置ずれが小さくなり、精度が向上した方位探知装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明に係る方位探知説明図である。
【図２】この発明に係る受信信号のピーク説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る方位探知装置が行うパルスによる方法の面積重心についての説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る方位探知装置のブロック図である。
【図５】この発明に係る包絡線検波図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る方位探知装置が行うパルスによる方法の面積重心の具体的な算出方法説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る方位探知装置が行うパルスによる方法の閾値の求め方（その１）説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る方位探知装置が行うパルスによる方法の閾値の求め方（その２）説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る方位探知装置が行うパルスによる方法の閾値の求め方（その３）説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る方位探知装置が行う相互相関函数による方法の面積重心についての説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る方位探知装置のブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る方位探知装置が行う相互相関函数による方法の面積重心の具体的な算出方法説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係る方位探知装置が行う相互相関函数による方法の閾値の求め方（その１）説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る方位探知装置のブロック図である。
【図１５】この発明に係る重心についてである。
【図１６】この発明の実施の形態１に係るパルスによる方法の面積重心についての説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態２に係る方位探知装置が行う相互相関函数による方法の閾値の求め方（その２）説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態２に係る方位探知装置が備えるハードリミッタの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本願発明の実施の形態では、実施の形態１において、各パルスの面積重心を求め、各面積重心の差から時間差を求める方法（以下、「パルスによる方法」と称す）を説明する。次に、実施の形態２において、相互相関函数からピークを求めるために面積重心法を用い、時間差を算出する方法（以下、「相互相関函数による方法」と称す）を説明する。なお、面積重心法とは、相互相関函数のある面積の重心位置を計算し、その位置を相互相関函数のピークとするものである。
【００２５】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１〜９を用いて説明する。図１〜９において、１は受信アンテナ部、２は受信アンテナ部１を構成する到来電波を受信する第１のアンテナ（アンテナＣｈＡ）、３は受信アンテナ部１を構成し、第１のアンテナ２と所定間隔である距離ｄ離れて設けられ、到来電波を受信する第２のアンテナ（アンテナＣｈＢ）、４は受信アンテナ部１を構成し、第１のアンテナ２の後段に接続されるスイッチ、５は受信アンテナ部１を構成し、第２のアンテナ３の後段に接続されるスイッチ、６は第１のアンテナ２及び第２のアンテナ３が受信した受信信号をそれぞれ増幅する高周波増幅部、７は高周波増幅部を構成し、スイッチ４の後段に接続される増幅器、８は高周波増幅部を構成し、スイッチ５の後段に接続される増幅器、９は高周波増幅部６が増幅した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換するフィルタ及び周波数変換部、１０はフィルタ及び周波数変換部９を構成し、増幅器７の後段に接続されるバンドパスフィルタ（１）、１１はフィルタ及び周波数変換部９を構成し、増幅器８の後段に接続されるバンドパスフィルタ（１）、１２はフィルタ及び周波数変換部９を構成するローカル信号発生器、１３はフィルタ及び周波数変換部９を構成するミキサ、１４はフィルタ及び周波数変換部９を構成するミキサ、１５はフィルタ及び周波数変換部９を構成し、ミキサ１３の後段に接続されるバンドパスフィルタ（２）、１６はフィルタ及び周波数変換部９を構成し、ミキサ１４の後段に接続されるバンドパスフィルタ（２）、１７はフィルタ及び周波数変換部９により中間周波数に変換された受信信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部、１８はＡ／Ｄ変換部１７を構成し、バンドパスフィルタ（２）１５の後段に接続されるＡ／Ｄ変換装置、１９はＡ／Ｄ変換部１７を構成し、バンドパスフィルタ（２）１６の後段に接続されるＡ／Ｄ変換装置である。
【００２６】
図１〜９において、２０はＡ／Ｄ変換部１７によりＡ／Ｄされた受信信号の包絡線をそれぞれ検出する包絡線検出部、２１は包絡線検出部を構成し、Ａ／Ｄ変換装置１８の後段に接続される包絡線検出器、２２は包絡線検出部を構成し、Ａ／Ｄ変換装置１９の後段に接続される包絡線検出器、２３は包絡線検出部２０で検出された包絡線のパルス部分の面積重心をそれぞれ算出するパルス面積重心算出部、２４はパルス面積重心算出部２３を構成し、包絡線検出器２１の後段に接続される面積重心算出器、２５はパルス面積重心算出部２３を構成し、包絡線検出器２２の後段に接続される面積重心算出器、２６はパルス面積重心算出部２３を構成し、面積重心算出器２４及び面積重心算出器２５から算出された受信信号におけるパルスの面積重心の差から時間差を検出する時間差検出部（時間差検出器）、２７は時間差検出部２６（パルス面積重心算出部２３）が検出した時間差と前記所定間隔とから到来電波の到来方位を検出する方位検出部である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【００２７】
電波源から到来した電波（到来電波）は受信アンテナ部１の１組２つのアンテナである第１のアンテナ２と第２のアンテナとで受信され、高周波電流に変換される。スイッチ４，スイッチ５は使用するアンテナの組を選択するものであり、例えば、アジマス方向の方探を行うアンテナと、エレベーション方向の方探を行うアンテナを切り替えることで、時分割に２方向の方探の実施が可能になる。まず、図１を用いて、方位探知装置の基本動作原理を説明する。２つの受信アンテナである第１のアンテナ２と第２のアンテナ３との間隔をｄとする。到来方位θにより光路差が生じるため、２つの受信アンテナに到来する電波の到来時刻は異なる。このため、２つの受信アンテナ間に到来時間差τを生じる。到来方位θと、時間差τは式（１）のような関係になる。ただし、電波の速度をｃとする。このことから、時間差τを測定することにより、電波の到来方位が算出できる。
【００２８】
【数１】
2010185690.tif 000003
【００２９】
図２〜９に基づき本発明の実施の形態１について説明する。受信アンテナ部１で受信された信号は高周波増幅部６で増幅された後、受信電波分離部９に渡される。高周波増幅部６通過後のアンテナＣｈＡ２、アンテナＣｈＢ３由来の信号をそれぞれ、ＲＦＡ（ｔ）、ＲＦＢ（ｔ）（ｔは時間）とする。受信電波分離部３は２種類のバンドパスフィルタ（１）１０・バンドパスフィルタ（１）１１，バンドパスフィルタ（２）１５・バンドパスフィルタ（２）１６とローカル信号発生器１２、ミキサ１３，ミキサ１４からなっている。バンドパスフィルタは信号の帯域を制限する。また、ローカル信号発生器１２で発生したローカル信号と受信信号をミキサ１３，ミキサ１４がミキシングすることで、受信信号を中間周波数に変換する。受信電波分離部通過後のＣｈＡ、ＣｈＢの信号をそれぞれ、ＡＢ２（ｔ）、ＢＢ２（ｔ）とする。ＡＢ２（ｔ）、ＢＢ２（ｔ）はＡ／Ｄ変換部１７でそれぞれＡ／Ｄ変換装置１７，Ａ／Ｄ変換装置１８によりデジタル信号に変換される。変換後のＣｈＡ、ＣｈＢの信号をそれぞれＡＤＢ２（ｔ）、ＢＤＢ２（ｔ）とする。ここで、ＡＤ、ＢＤなどの表記において、右肩の文字Ｄはべき乗を表わす文字ではなく上付き添字とする。Ａ／Ｄ変換後のデータは、包絡線検出器２１，包絡線検出器２２により、図５のように包絡線検波される。包絡線検波では、直線検波である全波整流または半波整流を行うが、二乗検波を行っても良い。直線検波の場合は、Ａ／Ｄ変換後のデータをそのまま瞬時振幅データとして扱うことに相当し、二乗検波の場合は、Ａ／Ｄ変換後のデータを二乗された瞬時電力データとして扱うことに相当する。一般に、信号電力対雑音電力比（以下、ＳＮ比と記す）が大きい場合は、Ａ／Ｄ変換後のデータを瞬時電力データとして扱う場合のほうが、自乗重みの効果により、後段の面積重心算出の際の誤差が小さくなる。逆に、ＳＮ比が小さい場合は、瞬時振幅データとして扱う場合のほうが、誤差の増大を抑えることができる。包絡線検波後のデータをＡＤ（ｔ）、ＢＤ（ｔ）とする。なお、図４では、包絡線検出器２１，包絡線検出器２２がＡ／Ｄ変換部１７の後段になっているが、前段に配置することも可能である。包絡線検出器２２はＡ／Ｄ変換部１７の前段に配置する場合はアナログ回路となる。一方で、Ａ／Ｄ変換部１７の後段に配置する場合、包絡線検出器２２はデジタル回路またはＣＰＵなどの計算機によるデジタル信号処理演算となる。
【００３０】
以下の記述で使用する重心について、定義する。重心とは時間軸と波形あるいは函数形で囲まれた面積の一次モーメントであり、図１５のように重心には横軸の重心と縦横両軸の重心がある。横軸の重心とは、その重心の左右の面積が等しくなる、横軸に垂直な線のことである。一方縦横両軸の重心とは、その重心を通るように横軸に垂直に線を引いたときに、その線の左右の面積が等しくなると共に、その重心を通るように縦軸に垂直に線を引いたときに、その線の上下の面積が等しくなる点のことである。横軸の重心を面積重心（一次元のモーメント）、縦横両軸の重心を面積重心（二次元のモーメント）とする。また、単に面積重心とした場合は、面積重心（一次元のモーメント）と面積重心（二次元のモーメント）の両方を含むものとする。さらに、モーメントは特に次数を記さない場合は一次モーメントを表わすものとする。
【００３１】
包絡線検波後、時間差検出部２６の面積重心算出において、ＡＤ（t）、ＢＤ（t）それぞれについて、面積重心を算出する。面積重心の算出方法にはいくつかの方法があるが、基本的な考えは図３，図６の通りである。まず、パルスをある閾値Ｓｈ以上で分ける。この閾値以上の部分を面積重心の算出対象範囲とする。ＡＤ（ｔ）、ＢＤ（ｔ）について閾値以上の部分をそれぞれ、ＡＤＳｈ（ｉ）（ｉ＝ａ０，…ａｎ）、ＢＤＳｈ（ｉ）（ｉ＝ｂ０，…ｂｎ）とする。ＡＤＳｈの面積ＳＡＤＳｈ及び、ＢＤＳｈの面積ＳＢＤＳｈを式（２）から計算する。
【００３２】
【数２】
2010185690.tif 000004
【００３３】
最後に、面積重心を算出する。算出方法の１つは式（３）のように、一次モーメントをその定義式のとおりに用いる方法である。この方法では、面積重心として包絡線検波波形の時間軸を次元とした一次元のモーメントを算出する。
【００３４】
【数３】
2010185690.tif 000005
【００３５】
２つめの算出方法は図１６のようＡＤＳｈを横軸及び縦軸により分割したＡＤＳｈをＡＤＳｈ（ｉ，ｊ）（ｉ＝ａ０，…ａｎ、ｊ＝ａ０'，…ａm'）とし、式（４）のように、二次元のモーメントをその定義式のとおりに用いる方法である。この方法では、面積重心として包絡線検波波形の時間軸と瞬時振幅あるいは瞬時電力を表わす波形値の軸をそれぞれ次元とした二次元のモーメントを算出する。
【００３６】
【数４】
2010185690.tif 000006
【００３７】
他の算出方法としては、以下の方法がある。この方法では面積重心（一次元のモーメント）を算出する。ｔ＝ａ０から順々に面積を足していき、その和が１／２＊ＳＡＤＳｈを越えた点をｔ＝ａｘとし、ｔ＝ａｘまでの和をＸＳＡＤＳｈ＿ＳＸとする。式（５）より面積重心（一次元のモーメント）からｔ＝ａｘまでの面積ＳＡＤＳｈ＿Ｘを求める。同様にｔ＝ａｘ−１までの和をＳＡＤＳｈ＿ＳＸ−１とし、式（６）より面積重心（一次元のモーメント）からｔ＝ａｘ−１までの面積ＳＡＤＳｈ＿Ｘ−１を求める。
【００３８】
【数５】
2010185690.tif 000007
【００３９】
【数６】
2010185690.tif 000008
【００４０】
ＳＡＤＳｈＸ及びＳＡＤＳｈＸ−１より式（７）のようにＧＡを決定する。
【００４１】
【数７】
2010185690.tif 000009
【００４２】
ＳＢＤＳｈについても同様の方法により面積重心ＧＢを算出する。
【００４３】
上記の面積重心の算出方法において算出対象範囲を決定する閾値の定め方として次の３つの方法がある。１つ目の方法を図７に示す。包絡線検波信号を瞬時電力として利用している場合、最大値−３ｄＢを閾値とする（図７（ａ））。包絡線検波信号を瞬時振幅として利用している場合、最大値−６ｄＢを閾値とする（図７（ｂ））。以下、包絡線検波信号を瞬時電力として利用する場合は−３ｄＢを、瞬時振幅として利用する場合は−６ｄＢを使用する。まず、ＡＤ（ｔ）、ＢＤ（ｔ）それぞれについて最大値を求め、これをＡＤｍａｘ、ＢＤｍａｘとする。ＡＤ（ｔ）、ＢＤ（ｔ）それぞれの閾値をＳｈＡ、ＳｈＢとすると、式（８）のように求めることができる。
【００４４】
【数８】
2010185690.tif 000010
【００４５】
２つ目の方法を図８に示す。最大値−３（−６）ｄＢ以上の点の平均値において、さらに−３ｄＢ（−６）を閾値とする。まず、式（８）により第１の閾値を定める。第１の閾値で区切られる範囲をそれぞれ、ａ−３（−６）０からａ−３（−６）ｎ、ｂ−３（−６）０からｂ−３（−６）ｎとする。次にａ−３（−６）０からａ−３（−６）ｎの範囲の平均値ＡＤ−３（−６）ａｖｅとｂ−３（−６）０からｂ−３（−６）ｎの範囲の平均値ＢＤ−３（−６）ａｖeを式（９）により算出する。ここで、ａ−３（−６）、ｂ−３（−６）などの表記において、右肩の文字−３（−６）はべき乗を表わす文字ではなく上付き添字とする。
【００４６】
【数９】
2010185690.tif 000011
【００４７】
ＡＤ（t）、ＢＤ（t）それぞれの閾値をＳｈＡ’、ＳｈＢ’とすると、ＳｈＡ’、ＳｈＢ’は式（１０）により算出される。
【００４８】
【数１０】
2010185690.tif 000012
【００４９】
３つ目の方法を図９に示す。包絡線検波信号を瞬時電力として利用している場合、最大値−１０ｄＢ以上、瞬時振幅として利用している場合、−２０ｄＢ以上の点を対象に面積（電力）が半分になる値を閾値ＳＡ’’及びＳＢ’’とする。すなわち、式（１１）により最大値−１０ｄＢ以上の範囲を求める。第一の閾値ＳＡ’’’、ＳＢ’’’とする。以下、包絡線検波信号を瞬時電力として利用する場合は−１０ｄＢを、瞬時振幅として利用する場合は−２０ｄＢを使用する。
【００５０】
【数１１】
2010185690.tif 000013
【００５１】
次に求めた範囲について数値演算により面積（電力）が半分になる振幅値を定め、これを閾値ＳＡ’’及びＳＢ’’とする。式（１）より、式（１２）を用いて、方位検出部２７にて、求めた時間差τから目標の方位θを求める。ただし、式（１２）においても、ｃは光速、ｄはアンテナ間距離である。
【００５２】
【数１２】
2010185690.tif 000014
【００５３】
実施の形態１に係る方位探知装置は、包絡線検出部２０を用いず、キャリア波（図５）から面積重心を求めて、時間差及び目標方位を算出することも可能である。また、実施の形態１に係る方位探知装置は、バンドパスフィルタ（１）１０，１１及びバンドパスフィルタ（２）１５，１６のいずれか、又は両方をなくし、フィルタなしで面積重心を求めて、時間差及び目標方位を算出することも可能である。
【００５４】
フィルタの有無による違いは以下の通りである。フィルタを用いた場合、信号部分が存在する周波数領域のみ切り出すため、信号（Ｓ）に対するノイズ（Ｎ）の量は少なくなる。すなわち、Ｓ／Ｎ比の改善が望める。ただ、フィルタにより遅延時間が長くなるため、リアルタイム性が悪くなる。
【００５５】
重心を求めるためには基本的に包絡線検波が必要である。ただし、包絡線検波を実施する場合、回路規模が大きくなる、または信号処理の負荷が大きくなる。
【００５６】
以上のように、実施の形態１に係る方位探知装置は、到来電波を所定間隔離れて受信し、それらの受信信号をそれぞれ中間周波数に変換し、受信信号の包絡線に基づき、包絡線のパルス部分の面積重心をそれぞれ算出して、算出された面積重心の差と前記所定距離から到来電波の到来方位を検出する、又は、受信信号のキャリア波の面積重心をそれぞれ算出して、算出された面積重心の差と前記所定距離から到来電波の到来方位を検出することを特徴とする方位探知方法（パルスによる方法）をハードウェアで構成したものである。
【００５７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図１０〜１４を用いて説明する。図１０〜１４おいて、２８はスペクトル計算部、２９はスペクトル計算部２８を構成し、Ａ／Ｄ変換装置１８の後段の接続され、Ａ／Ｄ変換装置１８によりＡ／Ｄされた受信信号を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器、３０はスペクトル計算部２８を構成し、Ａ／Ｄ変換装置１９の後段の接続され、Ａ／Ｄ変換装置１９によりＡ／Ｄされた受信信号を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器、３１はスペクトル積を算出するスペクトル積計算器、３２は時間差検出部、３３は時間差検出部３２を構成し、信号を抽出するバンドパスフィルタ（信号抽出器（２））、３４は時間差検出部３２を構成し、スペクトル計算部２８が算出し、バンドパスフィルタ３３により濾波されたスペクトル積を逆高速フーリエ変換して相互相関函数を算出する相互相関函数計算部、３５は時間差検出部３２を構成し、相互相関函数計算部３４が算出した相互相関函数における所定の最大値と所定の最小値とから決定される面積を算出する面積算出部、３６は時間差検出部３２を構成し、面積算出部２５が算出した面積の面積重心を算出する面積重心算出部、３７はスペクトル計算部２８が算出したスペクトル積のピーク周波数を検出するピーク周波数検出部であり、このピーク周波数検出部３７が検出したピーク周波数の中心とする通過帯域を有し、前記スペクトル計算部が算出したスペクトル積をバンドパスフィルタ３３が濾波する。３８はピーク周波数検出部３７を構成するバンドパスフィルタ（信号抽出器（１））、３９はピーク周波数検出部３７を構成するピーク周波数検出器である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【００５８】
実施の形態２に係る方位探知装置は、受信アンテナ部１からＡ／Ｄ変換部１７までは、実施の形態１に係る方位探知装置で用いたパルスによる方法と共通である。パルスによる方法では、Ａ／Ｄ変換部１７の後、包絡線検出部２０から方位検出部２７の処理を実施して方位を算出する。図１０に記載のように。相互相関函数による方法では、Ａ／Ｄ変換部１７の後、スペクトル計算部２８からピーク周波数検出部３２の処理を実施して方位を算出するので、真のピークが検出できる。なおパルスによる方法の方位検出部２７と相互相関による方法の方位検出部２７は同一装置を用いることも可能である。
【００５９】
図１１に記載のように、スペクトル計算部２８において、ＡＤＢ２（ｔ）、ＢＤＢ２（ｔ）をそれぞれ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、周波数領域に変換した後、その結果を用いてスペクトル積を計算する。ＦＦＴ結果をそれぞれＦＡＤＢ２（ｆ）、ＦＢＤＢ２（ｆ）（ｆは周波数）とすると、スペクトル積ＦＣＤＢ２（ｔ）は、式（１３）のように計算される。ただし、＊は共役複素を表す。
【００６０】
【数１３】
2010185690.tif 000015
【００６１】
計算したスペクトル積を式（１４）のように逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、ＣｈＡ、ＣｈＢで受信した信号の相互相関函数ＣＤ（ｔ）と求める。
【００６２】
【数１４】
2010185690.tif 000016
【００６３】
信号α(t)と信号β(t)の相互相関関数とは、信号α(t)と信号β(t)の一致度を表すものである。相互相関関数では、信号α(t)に対して信号β(t)をβ(t+0)、β(t+τ1)、β(t+τ2)、・・・のように徐々にずらしながら、α(t)とβ(t+0)の一致度、α(t)とβ(t+τ1)の一致度、α(t)とβ(t+τ2)・・・のように、一致度を求めるものである。仮に信号α(t)と信号β(t)の波形が同一波形だとすると、例えば信号α(t)と信号β(t)が完全に一致していれば、相互相関関数はτ=０にピークがたつ。また、例えば信号α(t)と信号β(t)でτ１だけの時間差があれば、α(t)をτ１だけずらせばβ(t)と一致するため、相互相関関数にτ=τ１にピークがたつ。以上のように信号α(t)と信号β(t)の波形が同一であれば、両信号の時間差ずれた位置に相互相関関数のピークが立つ。逆に言えば、相互相関関数のピークの位置が分かれば、信号α(t)とβ(t)の時間差を求めることができる。  本願発明で対象にしている二波形は同一電波源から発せられている信号のため、波形は同一である（又は、同一に近い）と考えられる。
【００６４】
相互相関函数ＣＤ（ｔ）より時間差を検出する。検出方法は以下の手順による（図１０、図１２参照）。相互相関函数ＣＤ（ｆ）より、面積重心法で使用する領域を切り出す。切り出した領域の最初の点をｉ１とし、最後の点をｉＮとする。切り出し方は、図１２のように、最大値−３ｄＢ（または最大値−６ｄＢ）または、最大値―１０ｄＢ（または最大値−２０ｄＢ）を閾値として切り出す。瞬時電力を利用している場合は最大値−３ｄＢまたは最大値−１０ｄＢを利用する。瞬時振幅を利用している場合は最大値−６ｄＢまたは最大値―２０ｄＢを利用する。最大値−３ｄＢ時の閾値をＳｈＣ−３、最大値−６ｄＢ時の閾値をＳｈＣ−６、最大値−１０ｄＢ時の閾値をＳｈＣ−１０、最大値−２０ｄＢ時の閾値をＳｈＣ−２０とし、ＣＤ（ｔ）の最大値をＣＤｍａｘとすると、それぞれ、式（１５）により算出ができる。
【００６５】
【数１５】
2010185690.tif 000017
【００６６】
面積の切り出し方には別に式（１６）のようにして閾値を定める方法もある。仮に相互相関函数ＣＤ（ｔ）が２等辺三角形であった場合、閾値ＳｈＣＲ２の上下で面積はと等しくなる（つまり、閾値ＳｈＣＲ２が縦の中心線となっている。）
【００６７】
【数１６】
2010185690.tif 000018
【００６８】
切り出した領域の総面積から面積重心ＧＣを求める。求めた面積重心ＧＣが遅れ時間τになる。切り出した部分を、ＣＤＳｈ（ｉ）（ｉ＝c０，…cｎ）とする。算出方法の１つは式（１７）のように、一次モーメントを用いる方法である。この方法では面積重心（一次元のモーメント）を算出する。
【００６９】
【数１７】
2010185690.tif 000019
【００７０】
２つめの算出方法は図１６のようＣＤＳｈを横軸及び縦軸により分割したＣＤＳｈをＣＤＳｈ（ｉ，ｊ）（ｉ＝ｃ０，…ｃｎ、ｊ＝ｃ０'，…ｃm'）とし、式（１８）のように、二次モーメントを用いる方法である。この方法では面積重心（二次元のモーメント）を算出する。
【００７１】
【数１８】
2010185690.tif 000020
【００７２】
他の算出方法として、面積重心ＧＣ（一次元のモーメント）を式（１９）により求める方法がある。
【００７３】
【数１９】
2010185690.tif 000021
【００７４】
式（１９）の具体的な算出方法の１つとして、以下の方法がある。なお、ＩＦＦＴから時間差検出部分までを時間差検出部３２とする。まず、切り出した領域の総面積Ｓａｌｌを式（２０）より求める。
【００７５】
【数２０】
2010185690.tif 000022
ｔ＝ｉ１から順々に面積を足していき、その和が１／２＊Ｓａｌｌを越えた点をｔ＝ｉｘとし、ｔ＝ｉｘまでの和をＳＳｘとする。式（２１）より面積重心（一次元のモーメント）からｉｘまでの面積Ｓｘを求める。同様にｔ＝ｉｘ−１までの和をＳＳｘ−１とし、式（２２）より面積重心（一次元のモーメント）からｉｘ−１までの面積Ｓｘ−１を求める。
【００７６】
【数２１】
2010185690.tif 000023
【００７７】
【数２２】
2010185690.tif 000024
【００７８】
Ｓｘ及びＳｘ−１より式（２３）のようにＧＣを決定する。
【００７９】
【数２３】
2010185690.tif 000025
【００８０】
式（１）より、式（２３）を用いて、７ 方位検出部にて求めた時間差τから目標の方位θを求める。ただし、ｃは光速、ｄはアンテナ間距離である。
【００８１】
【数２４】
2010185690.tif 000026
【００８２】
受信した信号Ａ、Ｂは雑音がそれぞれ独立している。このため、信号Ａ、Ｂの相互相関関数を算出したときに、雑音同士には相関が無いため、雑音成分は消去される。よって、相互相関を用いた方法は雑音が除去される分、一般に方探精度が良くなる。
【００８３】
実施の形態２において面積重心法で使用する領域を切り出す切り出し方を、図１２のように、最大値−３ｄＢ（または最大値−６ｄＢ）または、最大値―１０ｄＢ（または最大値−２０ｄＢ）を閾値としたが、この閾値を相互相関函数の最大値以下で最大値に近い値に設けても良い。この場合の閾値は少なくとも最大値−３ｄＢ（または最大値−６ｄＢ）
より大きな値で最大値に近い値がよい。具体的な値はＳ／Ｎ比や相互相関函数の精度（遅延時間τの精度）に応じて選択すれば良いが例えば図１７に示すように、最大値−０．５ｄＢ（または最大値−１ｄＢ）に設けても良い。この発明に係る方位探知装置及び方法においては、２チャンネルの受信信号の信号波形は到来時刻が異なることを除いて同一（または相似）の波形であり、２チャンネルの受信信号の相互相関函数形は、各チャンネルの受信信号の自己相関函数と同一形である。従って相互相関函数形は遅延時間τが２チャンネルの信号の到来時間差に該当する時間位置を中心に左右対称形（偶関数）になっている。一方、２チャンネルの受信信号に重畳されるノイズは一般に受信機熱雑音であり、２チャンネルの間でノイズは統計的に独立であることから、雑音波形は２チャンネルの間で異なる。異なる２つの波形の相互相関函数は一般に左右非対称となる（偶関数ではなくなる）ので、ノイズの相互相関函数形は左右非対称となる。このことから、Ｓ／Ｎ比が小さいと、ノイズが重畳された２チャンネルの受信信号の相互相関函数形は、ノイズのために左右対称形が崩れることになり、算出される重心の位置がずれることになる。閾値を前記のように相互相関函数の最大値の近傍に設けることにより、相互相関函数の最大値の近傍は相互相関値に含まれるノイズに起因する成分が抑圧されていて相互相関函数形の左右対称性の崩れが少ないことから、算出される重心の位置ずれが小さくなり、精度が向上した方位探知装置又は方位探知方法を得ることができる。
【００８４】
次に、図１４を用いて、実施の形態２の変形例（その１）について説明する。基本的な流れは実施の形態２と同様であるが、ピーク周波数検出器３９とそれを用いたバンドパスフィルタ（信号抽出器（１））３８とからなるピーク周波数検出部３７を時間差検出部３２に追加している。ピーク周波数検出部３７では得られたスペクトル積を元に、抽出すべき信号の中心周波数を決定している。基本的にはスペクトル積のピーク周波数を中心周波数とするが、他の情報（例えば自機のレーダの周波数情報）により、検出したくない周波数や逆に検出した周波数が明らかなときは、その周波数を中心周波数とする。ピーク周波数検出部３７で決定した中心周波数をもとに、時間差検出部３２に追加したバンドパスフィルタ（信号抽出器（１））３８において、スペクトル積にバンドバスフィルタをかける。これにより必要のない領域を削除し、ノイズを低減して時間差検出精度の向上につなげることができる。
【００８５】
次に、図１１及び図１８を用いて、実施の形態２の変形例（その２）について説明する。図１８は実施の形態２の変形例（その２）の方位探知装置が備えるハードリミッタの説明図である。基本的な流れは実施の形態２と同様であるが、受信信号の振幅を制限するハードリミティング手段として図１８に示す入出力特性を持ったハードリミッタを図１１のミキサ１３とＢＰＦ２・１５の間、及びミキサ１４とＢＰＦ２・１６の間にそれぞれ設ける。図１８のハードリミッタの特性は理想的な特性を示したもので、実際に使用するアナログ回路で構成されるハードリミッタの特性は僅かではあるが、理想的な特性からはずれており、逆正接函数形に類似のスムースリミッタの特性を有する。ハードリミティング手段としてアナログ回路で構成されるハードリミッタの代わりに、デジタル演算で振幅制限処理（ハードリミティング処理）を行ってもよい。デジタル演算で振幅制限処理を行う場合は、Ａ／Ｄ変換装置１８、１９でＡ／Ｄ変換された受信信号波形のデジタルデータに対して振幅制限処理を行う。デジタル演算で振幅制限処理を行う場合は、例えば、受信信号波形のデジタルデータの正負の符号に応じて、符号が正なら＋１のデジタル値を、符号が負なら−１のデジタル値を出力する処理を行えば良い。ハードリミティング手段を備えることで、Ｓ／Ｎ比が小さい場合でも信号電力がノイズの電力を上回っていればハードリミティングにおける微小信号抑圧効果によりノイズが抑圧されるために相互相関函数形の左右対称性が改善され、また複数のピークの発生も抑制されるので、算出される重心の位置ずれが小さくなり、精度が向上した方位探知装置又は方位探知方法を得ることができる。
【００８６】
実施の形態２に係る方位探知装置は、バンドパスフィルタ（１）１０，１１及びバンドパスフィルタ（２）１５，１６のいずれか、又は両方をなくし、フィルタなしで面積重心を求めて、時間差及び目標方位を算出することも可能である。包絡線検波の有無やフィルタの有無による違いは前述の通りである。
【００８７】
以上のように、実施の形態２に係る方位探知装置は、到来電波を所定間隔離れて受信し、それらの到来電波をそれぞれ高速フーリエ変換してからスペクトル積を算出して、このスペクトル積を逆高速フーリエ変換して面積重心を算出して、算出された面積重心から得られる到来電波を前記所定間隔離れて受信した時間差と前記所定距離から到来電波の到来方位を検出することを特徴とする方位探知方法（相互相関函数による方法）をハードウェアで構成したものであり、スペクトル積のピーク周波数を検出し、前記スペクトル積から前記ピーク周波数の中心とする通過帯域以外の帯域を濾波してから、逆高速フーリエ変換により面積重心を算出させてもよい。また、パルスによる方法と相互相関函数による方法を比較した場合、パルスによる方法の方が、処理が少なく、装置を小型にすることが可能である。一方、相互相関函数を用いた方法の方が、精度が良いため、相互相関函数による方法の方が、パルスによる方法よりも精度が良いので、方位探知に求められるスペックに応じて、適宜、パルスによる方法又は相互相関函数による方法を選択すればよい。
【符号の説明】
【００８８】
１・・受信アンテナ部、２・・第１のアンテナ（アンテナＣｈＡ）、３・・第２のアンテナ（アンテナＣｈＢ）、４・・スイッチ、５・・スイッチ、６・・高周波増幅部、７・・増幅器、８・・増幅器、９・・フィルタ及び周波数変換部、１０・・バンドパスフィルタ（１）、１１・・バンドパスフィルタ（１）、１２・・ローカル信号発生器、１３・・ミキサ、１４・・ミキサ、１５・・バンドパスフィルタ（２）、１６・・バンドパスフィルタ（２）、１７・・Ａ／Ｄ変換部、１８・・Ａ／Ｄ変換装置、１９・・Ａ／Ｄ変換装置、２０・・包絡線検出部、２１・・包絡線検出器、２２・・包絡線検出器、２３・・パルス面積重心算出部、２４・・面積重心算出器、２５・・面積重心算出器、２６・・時間差検出部（時間差検出器）、２７・・方位検出部、２８・・スペクトル計算部、２９・・高速フーリエ変換器、３０・・高速フーリエ変換器、３１・・スペクトル積計算器、３２・・時間差検出部、３３・・バンドパスフィルタ（信号抽出器（２））、３４・・相互相関函数計算部、３５・・面積算出部、３６・・面積重心算出部、３７・・ピーク周波数検出部、３８・・バンドパスフィルタ（信号抽出器（１））、３９・・ピーク周波数検出器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010185690.tif 000036
【図１１】
2010185690.tif 000037
【図１２】
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【図１３】
2010185690.tif 000039
【図１４】
2010185690.tif 000040
【図１５】
2010185690.tif 000041
【図１６】
2010185690.tif 000042
【図１７】
2010185690.tif 000043
【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月22日(2009.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2010185690.tif 000045
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
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