(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれの受信信号を、所定のサンプリング周期で各々ディジタル信号に変換する複数のアナログ／ディジタル変換手段と、
このアナログ／ディジタル変換手段で変換されたディジタル信号を記憶する記憶手段と、
この記憶手段から転送された前記ディジタル信号を、それぞれ個別に与えられる複素ウェイトを乗算した上で合成してアダプティブビームを形成するアダプティブビーム形成手段と、
前記記憶手段から転送された前記ディジタル信号から、前記アダプティブビームを形成するための前記複素ウェイトを求める複素ウェイト算出手段と、
前記記憶手段に、前記ディジタル信号を前記複素ウェイト算出手段に向け転送させると共に、少なくとも、この転送されたディジタル信号に基づき前記複素ウェイト算出手段で算出される複素ウェイトの値が収束したのちに、前記記憶手段に、前記ディジタル信号を前記アダプティブビーム形成手段に向け転送させる転送制御手段とを具備することを特徴とするアダプティブアンテナ装置。
【請求項２】
前記転送制御手段は、前記複素ウェイト算出手段および前記アダプティブビーム形成手段に向けた前記ディジタル信号の送出を、任意のタイミングで繰り返し行うものであることを特徴とする請求項３記載のアダプティブアンテナ装置。
【請求項３】
さらに、到来する無線電波を反射して前記複数のアンテナ素子に向け導くリフレクタを具備することを特徴とする請求項１記載のアダプティブアンテナ装置。
【請求項４】
複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれの受信信号を、それぞれ個別に与えられる複素ウェイトを乗算した上で合成してアダプティブビームを形成するアダプティブビーム形成手段と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれの受信信号から、前記アダプティブビームを形成するための前記複素ウェイトを求める複素ウェイト算出手段とを備えるアダプティブアンテナ装置におけるアダプティブビーム形成処理方法であって、
前記複素ウェイト算出手段で算出される複素ウェイトの値が収束したか否かを判定する第１のステップと、
この第１のステップで前記複素ウェイトの値が収束したと判定されるまで、前記複数のアンテナ素子からの受信信号の前記アダプティブビーム形成手段への出力を保留する第２のステップと、
前記第１のステップで前記複素ウェイトの値が収束したと判定された場合に、前記複数のアンテナ素子からの受信信号を前記アダプティブビーム形成手段へ出力する第３のステップとを具備することを特徴とするアダプティブビーム形成処理方法。
【請求項５】
複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれの受信信号を、所定のサンプリング周期で各々ディジタル信号に変換する複数のアナログ／ディジタル変換手段と、
このアナログ／ディジタル変換手段で変換されたディジタル信号を記憶する記憶手段と、
この記憶手段から転送された前記ディジタル信号を、それぞれ個別に与えられる複素ウェイトを乗算した上で合成してアダプティブビームを形成するアダプティブビーム形成手段と、
前記記憶手段から転送された前記ディジタル信号から、前記アダプティブビームを形成するための前記複素ウェイトを求める複素ウェイト算出手段とを備えるアダプティブアンテナ装置における処理機能を記録した記録媒体であって、
前記記憶手段に、前記ディジタル信号を前記複素ウェイト算出手段に向け転送させると共に、少なくとも、この転送されたディジタル信号に基づき前記複素ウェイト算出手段で算出される複素ウェイトの値が収束したのちに、前記記憶手段に、前記ディジタル信号を前記アダプティブビーム形成手段に向け転送させる転送制御手段を実行するプログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置や無線通信装置などに用いられ、妨害信号を抑圧する機能を有するアダプティブアンテナ装置と、このアダプティブアンテナ装置における処理方法およびこの処理方法を実行するプログラムを記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
妨害信号を効果的に抑圧する機能を有したアンテナ装置として、アダプティブアンテナ装置がよく知られており、その特性を生かして、レーダ装置における送受信アンテナなどとして幅広く使用されている。
【０００３】
このようなアダプティブアンテナ装置は、複数のアンテナ素子を有するフェーズドアレイアンテナを用いて、各アンテナ素子におけるウェイト（受信利得や位相など）を適切に設定して、妨害信号の到来方向にヌルを形成することで、妨害信号を抑圧するようにしたものが多い。
【０００４】
上記ウェイトの設定値は、受信信号に対して所定の演算処理を施すことによって得られる。この演算の仕方は様々あるが、近年になりＤＢＦ（ディジタルビームフォーミング）技術が発展するにつれ、受信信号をディジタルデータ化して、ウェイトに相当する係数を求めるようにしたものが主流である。
【０００５】
このようなアダプティブアンテナ装置の構成を、図７（ａ）に原理的に示す。すなわち、アレイアンテナ１００における複数のアンテナ素子（図示せず）の受信信号がＡ／Ｄ変換部２００により各々ディジタルデータに変換され、さらにウェイト演算部３００により演算処理が施されたのちビーム形成部４００により受信ビームが形成される。
【０００６】
このとき、ウェイトを適切な値にするために、出力信号がウェイト演算部３００にフィードバックされる。受信信号の入力回数を経るごとに、ウェイトはある値に収束して行き、これと共に妨害信号のレベルは低下していく。この様子を図７（ｂ）に示す。
【０００７】
ところで、ウェイトの値が収束し、妨害信号の抑圧が完了するまでには一定の時間（収束時間）がかかる。このため、この収束時間内に受信された信号に対しては、妨害信号を十分に抑圧できないことになる。
【０００８】
このことは、上記アダプティブアンテナ装置を用いたレーダ装置を実現する際に、大きな問題となる。すなわち、目標が近距離にあると、この目標からのレーダ反射波を受信するタイミングが上記収束時間にかかってしまい、このレーダ反射波に対して妨害信号を十分に抑圧できないことになる。
【０００９】
このような近距離レンジでの探知性能の低下は、例えば航空機用レーダなどにあっては着陸時の地上目標の喪失などに繋がりかねず、致命的な不具合となることが往々にしてある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のアダプティブアンテナ装置には、妨害信号の抑圧にかかるウェイトの収束時間までは、妨害信号を抑圧できない。このためレーダ装置において使用した場合、近距離レンジにおける探知性能の低下をもたらすという不具合を有していた。
【００１１】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、妨害信号の抑圧にかかるウェイトの収束時間に拘らず、妨害信号の抑圧を定常的に行うことを可能としたアダプティブアンテナ装置、このアダプティブアンテナ装置における処理方法およびこの処理方法を実行するプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子のそれぞれの受信信号を所定のサンプリング周期で各々ディジタル信号に変換する複数のアナログ／ディジタル変換手段と、このアナログ／ディジタル変換手段で変換されたディジタル信号を記憶する記憶手段と、この記憶手段から転送された前記ディジタル信号を、それぞれ個別に与えられる複素ウェイトを乗算した上で合成してアダプティブビームを形成するアダプティブビーム形成手段と、前記記憶手段から転送された前記ディジタル信号から、前記アダプティブビームを形成するための前記複素ウェイトを求める複素ウェイト算出手段と、前記記憶手段に前記ディジタル信号を前記複素ウェイト算出手段に向け転送させると共に、少なくともこの転送されたディジタル信号に基づき前記複素ウェイト算出手段で算出される複素ウェイトの値が収束したのちに、前記記憶手段に前記ディジタル信号を前記アダプティブビーム形成手段に向け転送させる転送制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１６】
上記発明では、所謂ＤＢＦ（ディジタルビームフォーミング）レーダにおける使用を前提とし、各々ディジタル信号に変換された各アンテナ素子の受信信号を一旦記憶手段に記憶させる。そして、転送制御手段により、まず複素ウェイト算出手段に上記上記記憶手段からディジタル信号を転送させ、複素ウェイトの値が収束した後に、転送制御手段により、ディジタル信号をアダプティブビーム形成手段に転送させるようにしている。
【００１７】
このようにすると、複素ウェイト算出手段において複素ウェイトの値が収束した後に、改めて、そのウェイトの算出に係わった受信信号がアダプティブビーム形成手段に与えられる。すなわち、既に収束した複素ウェイトによって最初から不要波成分の抑圧されたアダプティブビームを得ることができるようになる。このため出力においては、最初から不要波成分の抑圧されたアダプティブビームを得ることができるようになる。このようにしたアダプティブアンテナ装置をパルスレーダ装置における送受信アンテナとして用いると、最初の受信パルスから鮮明な像を得ることができるようになる。
また本発明は、前記転送制御手段を、前記複素ウェイト算出手段および前記アダプティブビーム形成手段に向けた前記ディジタルデータの送出を、任意のタイミングで繰り返し行うものとしたことを特徴とする。
【００１８】
このようにすると、時間の経過に伴い、次々に記憶手段に記憶されたディジタル信号が、例えばパルス放射のタイミング毎に複素ウェイト算出手段に転送され、複素ウェイトの算出が繰り返される。これにより、電波環境が変化して、妨害信号の状態（強度、方向など）が変化した場合でも、複素ウェイトが更新されるので、不要波の抑圧能力を常に保つことが可能となる。
【００１９】
【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を詳細に説明する。
図１（ａ）に、本発明の実施の形態に係わるアダプティブアンテナ装置の原理的構成を示す。なお、以下の説明では、パルスレーダ装置における送受信アンテナとして使用する場合を想定する。また、図１（ａ）において図６（ａ）と同一部分には同一の符号を付して示す。
【００２０】
本実施形態のアダプティブアンテナ装置は、ディジタルデータに変換された受信信号をウェイト演算部３００および遅延部５００の各々に導き、まずウェイト演算部３００にてウェイトがある値に収束するのを待つ。遅延部５００は、この収束にかかる時間の経過後に、当該ディジタルデータをビーム形成部４００に与える。そして、ビーム形成部４００では、この収束したウェイトの値を初期値としてビーム形成を行うようにしたものである。
【００２１】
さらに、図２に本発明の実施の形態に係わるアダプティブアンテナ装置の具体的構成を示す。
図示しないＮ個のアンテナ素子にて受信された受信信号Ｘ１〜ＸＮは、周波数変換器１１〜１Ｎにてそれぞれ受信中間周波数信号に変換されたのち、アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２１〜２Ｎにてそれぞれ受信ディジタル信号ＤＸ１〜ＤＸＮに変換される。
【００２２】
この受信ディジタル信号ＤＸ１〜ＤＸＮは、例えばＲＡＭなどで実現されるメモリ回路３に与えられ、一回のレーダパルス送信に係わる全ての受信ディジタル信号が、このメモリ回路３に一旦記憶される。
【００２３】
この記憶されたデータのうち、所定のサンプリング間隔ｔｓに対応するサンプリングデータ（すなわち一回のレーダパルス送信につき、複数個の受信データがサンプリングされる）ｘ１〜ｘＮがウェイト演算回路４に直ちに転送され、ウェイト演算が施される。
【００２４】
ここで演算された複素ウェイトＷは、アダプティブビーム演算回路５に与えられ、ウェイト演算に係わったサンプリングデータｘ１〜ｘＮに対する重み付け処理が施されて、妨害信号が抑圧されたアダプティブビーム出力Ｌが得られる。
【００２５】
ここで、メモリ回路３からウェイト演算回路４へのデータ転送路（符号付せず）に高速のものを使用し、少なくともサンプリング間隔ｔｓよりも短い時間内に、サンプリングデータｘ１〜ｘＮのウェイト演算回路４への転送を完了するようにする。この転送にかかる時間をｔｔとする。一方、サンプリングデータｘ１〜ｘＮは、サンプリング間隔ｔｓをもってメモリ回路３からアダプティブビーム演算回路５に転送される。
【００２６】
次に、ウェイト演算回路４およびアダプティブビーム演算回路５の具体的構成を図３に示す。なお、図３に示す構成は、特公平５−２５３１１号公報に示されるものをほぼ踏襲したものである。
ウェイト演算回路４に転送されたサンプリングデータｘ１〜ｘＮは、主ビーム形成回路６およびプリプロセッサ回路７に与えられる。主ビーム形成回路６は、Ｎ×Ｎ個の演算セルＡ（符号付せず）をシストリックアレイ状に従属接続したもので、各演算素子Ａにおいては次の式（１）にて表される演算が施される。
【００２７】
【数１】
0003639112.tif 000002
【００２８】
すなわち図４（ａ）に示すように、演算セルＡは乗算器Ａ１にてサンプリングデータｘ１〜ｘＮごとにビーム形成ウェイトＷを乗算し、これに前段の演算セルＡの出力Ｙｉｎを加算器Ａ２にて加算して次段の演算セルＡに入力するものである。最終段すなわちサンプリングデータｘＮに対応する演算セルＡの出力は、それぞれ図３のキャンセレーション回路８に与えられる。
【００２９】
一方、プリプロセッサ回路７は、各々図４（ｂ）および図４（ｃ）に示す構成の演算セルＢおよび演算セルＣを備えている。
演算セルＢ（７Ｂ１〜７Ｂｍ）は、直列に接続された規格化部Ｂ１および複素共役化部Ｂ２を備え、各サンプリングデータｘ１〜ｘＮをそのまま出力Ｙｏｕｔ１とすると共に、規格化した複素共役出力Ｙｏｕｔ２を得るものである。その演算式は、次の式（２）にて表される。
【００３０】
【数２】
0003639112.tif 000003
【００３１】
演算セルＣ（８Ｃ１１〜８ＣｍＬ）は、減算器Ｃ１、乗算器Ｃ２およびＣ３、加算器Ｃ４、サンプリング遅延器Ｃ５、係数器Ｃ６およびＣ７、リミッタＣ８を備え、次の式（３）に示す演算を行うものである。
【００３２】
【数３】
0003639112.tif 000004
【００３３】
すなわち、演算セルＣは、乗算器Ｃ３、加算器Ｃ４、サンプリング遅延器Ｃ５、係数器Ｃ６およびＣ７、リミッタＣ８により現サンプルの複素ウェイトＷ（ｎ）を生成すると共に、乗算器Ｃ２で１サンプル前の出力Ｙｏｕｔ１（ｎ−１）と１サンプル前の複素ウェイトＷ（ｎ−１）とを乗じ、これを減算器Ｃ１で１サンプル前のサンプリングデータｘｉｎ（ｎ−１）から減じて出力Ｘｏｕｔ（ｎ−１）とする。つまり演算セルＣは入力ｘｉｎの成分のうちＹｉｎと相関を持つ信号成分を除去するものである。
【００３４】
これらの演算セルＢおよびＣを図３のごとくシストリックアレイ状に接続すると、格段に所謂グラムシュミットの直交化法を用いて入力信号を分解したと同様の出力を得られる。これらの分解された信号は、キャンセレーション回路８の各演算セルＣ（８Ｃ１１〜８ＣｍＬ）に与えられる。
【００３５】
そして、このキャンセレーション回路８において主ビーム形成回路６の各出力に含まれる不要波成分が、プリプロセッサ回路７からの分解信号により抑圧される。
【００３６】
上記過程において、複数のサンプリングデータｘ１〜ｘＮに対して同様の処理を行うと、アダプティブビーム演算に係わるウェイトとしての演算セルＡ，Ｂ，Ｃ内部パラメータの値が徐々に収束して行く。この収束が完了したのちに、図２のアダプティブビーム演算回路５へのサンプリングデータｘ１〜ｘＮの転送が完了する。
【００３７】
かくして、アダプティブビーム演算回路５では既に収束済みのウェイトの値をもって最初からアダプティブビームの形成を行えることになる。
かくして本実施形態では、受信信号をディジタル化したのちメモリ回路３に一旦すべて記憶させる。そして、少なくともアダプティブビーム演算に係わるウェイトが収束するに足りるデータをメモリ回路３からウェイト演算回路４に転送する。この転送にかかる時間ｔｔおよびウェイトの演算にかかる時間を高速にしておき、ウェイトが収束した後に、アダプティブビーム演算回路５にアダプティブビーム演算に係わるデータが転送されるようにしている。
【００３８】
このようにしたので、最初からウェイトの収束した値をもって、アダプティブビームを形成できるので、全ての受信信号に対して不要波成分を抑圧することが可能となる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、転送時間ｔｔおよびサンプリング間隔ｔｓを適切に設定することで、ウェイトの収束後にアダプティブビーム演算回路５にデータの転送が完了するようにしたが、これに代えて、データの転送タイミングを制御する専用の転送制御手段を設けるようにしても良い。この転送制御手段は、例えばフロッピーディスクやプログラムメモリなどの記録媒体に記録された制御機能として実現される。
【００４０】
この転送制御手段においては、例えば図５のフローチャートに沿った制御が行われる。すなわち、ステップＳＴ５１にてサンプリングデータｘ１〜ｘＮをウェイト演算回路４に転送した後、ステップＳＴ５２にてウェイトの値を直接的にモニタし、ウェイトが収束した旨が判定されたのちステップＳＴ５３にてサンプリングデータｘ１〜ｘＮをアダプティブビーム演算回路５に転送するようにしても良い。このようにしても、最初から収束したウェイトの値を使用できるので、上記と同様の効果を得られる。
【００４１】
さらに、上記転送制御手段の制御機能として、図５のプロセスを予め定められた契機で繰り返し行うようにしても良い。すなわち、図６のタイムチャートに示すように、パルス放射間隔Ｔごとに複数個サンプリングされたサンプリング信号を何個かの組に分割し、データ転送からウェイト演算およびビーム形成に至る過程を次々に繰り返す。
【００４２】
このようにすると、所定時間ごとにウェイトの値が電波環境に応じてリセットされるようになる。このため、妨害信号の到来方向の変化などの、電波環境の変化にも良く追従することができる。
【００４３】
また、上記実施形態では図示していないが、到来する無線電波を反射して前記複数の各アンテナ素子に向け導くリフレクタを設けるようにしても良い。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施を行うことができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明は、複素ウェイトが収束した値を持って、最初の受信データからアダプティブビームの形成を行うようにしたので、妨害信号の抑圧にかかるウェイトの収束時間に拘らず、妨害信号の抑圧を定常的に行うことを可能としたアダプティブアンテナ装置、このアダプティブアンテナ装置における処理方法およびこの処理方法を実行するプログラムを記録した記録媒体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係わるアダプティブアンテナ装置の原理的構成および効果を示した図。
【図２】  本発明の実施の形態に係わるアダプティブアンテナ装置の具体的構成を示す回路ブロック図。
【図３】  本発明の実施の形態に係わるアダプティブアンテナ装置の、ウェイト演算に係わる部分を示す回路ブロック図。
【図４】  本発明の実施の形態に係わるアダプティブアンテナ装置の、各演算セルの構成を示す回路ブロック図。
【図５】  本発明の実施の形態の他の例における転送制御手段の制御手順を示すフローチャート。
【図６】  本発明の実施の形態の他の例における処理タイミングを示す図。
【図７】  従来のアダプティブアンテナ装置の原理的構成および妨害信号抑圧の様子を示した図。
【符号の説明】
１００…アレイアンテナ
２００…Ａ／Ｄ変換部
３００…ウェイト演算部
４００…ビーム形成部
５００…遅延部
１１〜１Ｎ…周波数変換器
２１〜２Ｎ…アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）
３…メモリ回路
４…ウェイト演算回路
５…アダプティブビーム演算回路
Ｘ１〜ＸＮ…受信信号
ＤＸ１〜ＤＸＮ…受信ディジタル信号
ｘ１〜ｘＮ…サンプリングデータ
Ｗ…複素ウェイト
Ｌ…アダプティブビーム出力
ｔｓ…サンプリング間隔
ｔｔ…サンプリングデータｘ１〜ｘＮのウェイト演算回路４への転送にかかる転送時間
Ａ…演算セルＡ
Ａ１…乗算器
Ａ２…加算器
Ｂ（７Ｂ１〜７Ｂｍ）…演算セルＢ
Ｂ１…規格化部
Ｂ２…複素共役化部
Ｃ（８Ｃ１１〜８ＣｍＬ）…演算セルＣ
Ｃ１…減算器
Ｃ２、Ｃ３…乗算器
Ｃ４…加算器
Ｃ５…サンプリング遅延器
Ｃ６、Ｃ７…係数器
Ｃ８…リミッタ
６…主ビーム形成回路
７…プリプロセッサ回路
８…キャンセレーション回路
【図１】
0003639112.tif 000005
【図２】
0003639112.tif 000006
【図３】
0003639112.tif 000007
【図４】
0003639112.tif 000008
【図５】
0003639112.tif 000009
【図６】
0003639112.tif 000010
【図７】
0003639112.tif 000011