(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性を有するビームを回転または走査して、到来電磁波を捕捉するアンテナと、
このアンテナより得られた捕捉結果を含むビーム波形を受信処理用に特定された中間周波数信号に変換する受信部と、
この受信部の変換出力に基づき前記電磁波の到来方位で最大振幅を示す方探信号波形を成形する方探波形成形部と、
この方探波形成形部で成形された方探信号波形を第１のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換を行いデジタル方探波形を生成するＡ／Ｄ変換部と、
このＡ／Ｄ変換部で生成されたデジタル方探波形に対して、予め設定された前記アンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示して前記デジタル方探波形と略同一周波数からなる第１の基準波形を生成する第１の基準波形生成部と、
この第１の基準波形生成部からの前記第１の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第１のインパルス応答波形を生成する第１の相関処理部と、
この第１の相関処理部で生成された前記第１のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲に対し、前記第１の基準波形に対応した第２の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第２のインパルス応答波形を生成する第２の相関処理部と、
この第２の相関処理部で成形された第２のインパルス応答波形に基づき前記電磁波の到来方位を算出する信号波形処理部と
を具備することを特徴とする方位測定装置。
【請求項２】
前記第１のインパルス応答波形は、方位方向のデータ補間を経て波形整形された後、前記第２の相関処理部に供給されるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の方位測定装置。
【請求項３】
前記第１の相関処理部は、前記デジタル方探波形及び前記第１の基準波形に対して、畳み込み演算の逆演算に相当するデコンボリューション処理を実行することにより前記第１のインパルス応答波形を求め、
前記第２の相関処理部は、前記第１のインパルス応答波形及び前記第２の基準波形に対して、畳み込み演算の逆演算に相当するデコンボリューション処理を実行することにより前記第２のインパルス応答波形を求める
ことを特微とする請求項１または請求項２に記載の方位測定装置。
【請求項４】
指向性を有するビームを回転または走査して、到来電磁波を捕捉するアンテナより得られた捕捉結果を含むビーム波形を受信処理用に特定された中間周波数信号に変換した後、前記電磁波の到来方位で最大振幅を示す方探波形を成形し、この方探波形を第１のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換してデジタル方探波形を形成した後、予め求められた前記アンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示し、デジタル方探波形と略同一周波数である第１の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせて相関処理を行うことにより、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第１のインパルス応答波形を成形し、
生成された前記第１のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲に対し、前記第１の基準波形に対応した第２の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第２のインパルス応答波形を生成した後、この第２のインパルス応答波形に基づき前記電磁波の到来方位を測定することを特徴とする方位測定方法。
【請求項５】
前記第１のインパルス応答波形は、方位方向のデータ補間と波形整形を経た後、前記第２の相関処理部に供給されるように構成されたことを特徴とする請求項４記載の方位測定方法。
【請求項６】
前記第１のインパルス応答波形は、前記デジタル方探波形と前記第１の基準波形とに対する、畳み込み演算の逆演算に相当するデコンボリューション処理により求められ、
前記第２のインパルス応答波形は、前記第１のインパルス応答波形と前記第２の基準波形とに対する、畳み込み演算の逆演算に相当するデコンボリューション処理により求められること
を特徴とする請求項４または請求項５に記載の方位測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、指向性を有するビームを回転または走査するアンテナを用いて到来する電磁波を捕捉し、その電磁波の到来方位を測定する方位測定装置及び方位測定方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、指向性ビームを回転させるアンテナにより到来する電磁波を捕捉し、その到来方位を測定する方位測定装置では、アンテナの回転ビームを方位方向で３６０度にわたり一回転させて捕捉した電磁波の方探信号波形は、図７及び図８にそれぞれ示すようになり、低い周波数の受信電磁波は図７に示すように、到来方位方向において緩やかな波形となり、高い周波数の受信電磁波では図８に示すように鋭くシャープな波形となる。
【０００３】
図７及び図８は、横軸に回転ビームの方位角度を、また縦軸に信号レベルを示しているが、いずれにしても電磁波の到来方位は、電磁波が最も強く受信された方位、すなわち波形の最大ピーク値を示す方位である。
【０００４】
図７及び図８に示した電磁波の方探信号波形から、自動的に電磁波の到来方位を読み取る方法には、波形のピークサーチ処理を行ない、このサーチ結果により、最大ピーク値を求めて到来方位を決定する方法がある。
【０００５】
しかしながら、図８に示すように、方探信号波形は高い周波数の電磁波を受信した場合には、最大ピーク部分における波形がシャープになるので、比較的到来方位が求めやすくはなるが、受信周波数が低くなるにつれて、図７に示すように、最大ピーク部分が緩やかな波形となるので、低い受信周波数では方位の決定が困難になるか、たとえ決定したとしても大きな誤差を生じやすい傾向を示す。
【０００６】
また、受信周波数が高い場合でも、方探信号波形には多くの場合雑音が重畳され、波形が乱れるので正確な方位決定は容易でなかった。
【０００７】
そこで、比較的雑音をより抑圧して自動的に到来方位を読み取る他の方法に、方探信号波形を方位方向にサンプリングを行った後、予め用意された基準パターンと相関処理を行い、その相関値の最大ピーク値が得られた方位を求める方法が考えられている。
【０００８】
すなわち、相関処理により方位を測定する装置は図９に示すように構成され、アンテナ１１から得られた回転ビームを受信部１２で電磁波の捕捉結果を含むビーム波形を受信処理用に特定された中間周波数信号に変換した後、方探波形成形部１３で方探信号波形を成形し、その方探信号波形をＡ／Ｄ変換部１４で方位方向にサンプリングを行った後、相関処理部１５において、予め基準波形生成部１６で用意された波形の基準パターンと、Ａ／Ｄ変換部１４からのデジタル方探波形との相関値を抽出し、信号処理部１７において、その相関値の最大ピーク値の位置から電磁波の到来方位を測定するものである。
【０００９】
従って、図９の相関処理部１５での相関処理によっても、到来方位方向では、その受信周波数が低い場合は図１０に示すように緩やかな方探信号波形が、また受信周波数が高い場合は図１１に示すようにシャープな方探信号波形が得られるが、ピークサーチ処理と相違し、比較的雑音成分が抑圧された単一波形の方位波形が得られる。しかしながら、分解能をより高め高精度で到来方位を測定しようとすると、方位方向に対するＡ／Ｄ変換部１４でのサンプリング間隔をより細かくすることが要求されるので、相関処理部１５での処理データの増大化は避けられなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来考えられた方位測定方法では、到来電磁波の周波数が低い場合には、方探信号波形が緩やかになり、到来方位の高精度な決定を困難にし、また雑音等の重畳により到来方位の測定結果に大きな誤差を含みやすいという問題があった。
【００１１】
また、相関処理により到来電磁波の方位を測定する場合でも、より高精度な方位測定結果を得ようとすると、サンプリング間隔を細かくする必要があるので、それだけ相関処理部における演算量は膨大となり、演算処理に多くの時間を要するという問題が生じた。
【００１２】
そこでこの発明は、方探信号波形が緩やかな場合でも、電磁波の到来方位をより正確に、また短時間に測定可能な方位測定装置及び方位測定方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は．上記従来の課題を解決するためになされたもので、第１の発明は指向性を有するビームを回転または走査して、到来電磁波を捕捉するアンテナと、このアンテナより得られた捕捉結果を含むビーム波形を受信処理用に特定された中間周波数信号に変換する受信部と、この受信部の変換出力に基づき前記電磁波の到来方位で最大振幅を示す方探信号波形を成形する方探波形成形部と、この方探波形成形部で成形された方探信号波形を第１のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換を行いデジタル方探波形を生成するＡ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部で生成されたデジタル方探波形に対して、予め設定された前記アンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示して前記デジタル方探波形と略同一周波数からなる第１の基準波形を生成する第１の基準波形生成部と、この第１の基準波形生成部からの前記第１の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第１のインパルス応答波形を生成する第１の相関処理部と、この第１の相関処理部で生成された前記第１のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲に対し、前記第１の基準波形に対応した第２の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第２のインパルス応答波形を生成する第２の相関処理部と、この第２の相関処理部で成形された第２のインパルス応答波形に基づき前記電磁波の到来方位を算出する信号波形処理部とを具備することを特徴とする。
【００１４】
このように、第１の発明装置は、第１及び第２の相関処理部で、予め設定されたアンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示す第１の基準波形、及び第１の基準波形に対応した第２の基準波形を基準として、それぞれ単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせた相関処理により、電磁波の到来方位で最大ピーク値を示すインパルス応答波形を成形して電磁波の到来方位を算出するように構成したので、到来方位で鋭いピークを有し、かつ到来方位以外におけるピークの出現を低減させたインパルス応答波形が形成され、電磁波の到来方位を正確に求めることができる。
【００１５】
また、この発明装置では、第１の相関処理部に加えて、第２の相関処理部を構成し、第１のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲に対し、第２の基準波形を基準として相関処理を行うので、第１の相関処理部では方位方向３６０度にわたり比較的粗いサンプリング間隔でその到来方位を求めた後、第２の相関処理部ではその到来方位を中心とした狭い領域に限定してよりきめ細かな相関処理演算を行うことができるので、各相関処理部全体の演算データ量を大幅に削減することができ、迅速に到来方位を求めることができる。
【００１６】
第２の発明は、方位測定方法において、指向性を有するビームを回転または走査して、到来電磁波を捕捉するアンテナより得られた捕捉結果を含むビーム波形を受信処理用に特定された中間周波数信号に変換した後、前記電磁波の到来方位で最大振幅を示す方探波形を成形し、この方探波形を第１のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換してデジタル方探波形を形成した後、予め求められた前記アンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示し、デジタル方探波形と略同一周波数である第１の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせて相関処理を行うことにより、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第１のインパルス応答波形を成形し、生成された前記第１のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲に対し、前記第１の基準波形に対応した第２の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第２のインパルス応答波形を生成した後、この第２のインパルス応答波形に基づき前記電磁波の到来方位を測定することを特徴とする。
【００１７】
このように、第２の発明においても、第１及び第２の相関処理部において、第１の基準波形及び第２の基準波形を基準として、それぞれ単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせた相関処理を施し、電磁波の到来方位で最大ピーク値を示すインパルス応答波形を成形して電磁波の到来方位を算出するので、到来方位以外での波形ピークの出現は低減され、より高精度に電磁波の到来方位を測定することができる。
【００１８】
また、この発明装置では、第１の相関処理に加えて、第２の相関処理を施すので、第１の相関処理部では方位方向に比較的粗いサンプリング周期でその到来方位を求め、第２の相関処理ではその到来方位を中心とした狭い領域に限定してよりきめ細かな相関処理演算を行うことができるので、各相関処理での全体の演算時間は大幅に短縮され、迅速に到来方位を測定することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による方位測定装置及び方位測定方法の一実施の形態を図１ないし図５を参照して詳細に説明する。なお、図９に示した構成と同一構成には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２０】
図１は、この発明による方位測定装置の一実施の形態を示した構成図で、図２は例えば単一方向からの到来電磁波を捕捉するアンテナのアンテナパターン図を示している。
【００２１】
すなわち、図１において、アンテナ１１は、図２で示すように指向性を有するアンテナビームＡを形成して、矢印Ｚ１方向に方位方向に３６０度回転または走査させることで、到来電磁波（図２中で示すように、例えば方位一４５度方向から到来する電磁波）を捕捉する。
【００２２】
このアンテナ１１により得られ、電磁波の捕捉結果を含むアンテナビーム波形信号は、受信部１２に供給される。受信部１２に供給されたアンテナビーム波形信号は、受信処理用に特定された中間周波数信号に変換され、方探波形成形部１３に供給される。方探波形成形部１３に供給された中間周波数信号は、ここで電磁波の到来方位（−４５度の方位）で最大振福を示す方探波形に成形され、この成形された方探波形信号はＡ／Ｄ変換部１４に供給される。Ａ／Ｄ変換部１４は方位方向３６０度に亘り、方位方向に比較的粗いサンプリング周期により方探波形信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル方探波形を形成する第１の相関処理部１８に供給する。
【００２３】
第１の相関処理部１８には、アンテナ１１のアンテナビーム送信初期方位で最大振幅を示す方探波形と略同一周波数からなる第１の基準波形を格納した第１の基準波形部１６が接続されていて、その第１の基準波形を基準に、入力されたデジタル方探波形は、単位時間当たりの波形変化成分が抽出されて組み合わされ、電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第１のインパルス応答波形を成形する。
【００２４】
すなわち、第１の相関処理部１８の動作原理を図３及び図４を参照して説明する。いま、第１の相関処理部１８に第１のインパルス応答波形が入力されたと仮定し、図３に示すように、第１の基準波形とその第１のインパルス応答波形とのコンボリューション（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）、つまり畳み込み演算処理を行った場合、到来電磁波の方位を示すデジタル方探波形が形成される。
【００２５】
従って反対に、図４に示すように、第１の相関処理部１８は、Ａ／Ｄ変換部１４からのデジタル方探波形を入力して、アンテナビーム送信初期方位（図４中では０度の方位）で最大振幅を示す第１の基準波形を与え、畳み込み演算の逆演算に相当するデコンボリューション処理を実行することにより、電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第１のインパルス応答波形を求めることができる。
【００２６】
つまり、この実施の形態の第１の相関処理部１８は、到来電磁波のデジタル方探波形に対して、第１の基準波形を基準として、単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせるデコンボリューション処理を行うことによって、到来電磁波の方位にシャープな第１のインパルス応答波形を得るものである。
【００２７】
なお、この第１のインパルス応答波形において、デジタル方探波形の方位方向１周期（３６０度）にわたる時間をＴとし、インパルスが得られる時間位置をｔとすると、電磁波の到来方位θは次式で表わされる。
【００２８】
θ＝（ｔ／Ｔ）×２π〔ｒａｄ〕
ここで、得られたインパルスの時間位置ｔでは、低い周波数の到来電磁波にも、上述したピークサーチや図９に示した装置の相関処理等で得られる緩やかな波形とは異なり、到来方位において比較的較的シャープなピーク波形を得ることができる。
【００２９】
このように、周波数の低い到来電磁波においても、比較的シャープなピーク波形を有する第１のインパルス応答波形は、図１に示すデータ補間部１９に供給される。
【００３０】
データ補間部１９は、適応ＤＣＴ（ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）で構成され、入力データの動きに合わせて随時符号化パラメータを変化させることで、Ａ／Ｄ変換部１４におけるサンプリング周期の間を補間し、きめの細かい第１のインパルス応答波形を形成して、フィルタ部２０に供給する。
【００３１】
フィルタ部２０に供給された第１のインパルス応答波形は、フィルタリングにより滑らかな第１のインパルス応答波形に成形され、第２の相関処理部２１に供給される。
【００３２】
第２の相関処理部２１は、フィルタリングにより滑らかに整形された第１のインパルス応答波形から、電磁波のおおよその到来方位θを測定するとともに、その電磁波の到来方位θを中心にした所定方位角度範囲内において第１の相関処理部１８と同様な相関処理を行い、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第２のインパルス応答波形を成形する。
【００３３】
すなわち、第２の相関処理部２１は、第１の相関処理部１８と同様に構成され、予め求められた前記アンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示し、前記第１のインパルス応答波形と略同一周波数である第２の基準波形を生成する第２の基準波形生成部２２が接続され、その第２の基準波形を基準として、前記第１のインパルス応答波形に対し、選択された所定方位角度範囲内における単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせて、デコンボリューション処理を行い、到来電磁波の方位にシャープな第２のインパルス応答波形を得るものである。
【００３４】
つまり、第２の相関処理部２１は、図５及び図６にそれぞれ示したように、方探波形成形部１３で得られた方探波形信号に対し、その概略方位（θ）を中心にして方位方向に比較的狭い範囲（φ）を設定し、第２の基準波形と相関処理を行うので、少ないデコンボリューション処理演算にもかかわらず、より細かく、高分解能を呈する第２のインパルス応答波形を得ることができ、信号処理部１７において、周波数の比較的低い到来電磁波に対しても、雑音を抑圧して到来電磁波の方位を高精度に測定することができる。
【００３５】
なお、上記実施の形態において、各相関処理部（１８，２１）では、インパルス応答波形の最大ピーク値を１に正規化して、このインパルス応答波形をｎ（ｎは整数）乗してより良好なインパルス応答波形を得るようにしても良い。
【００３６】
以上説明のように、本発明装置及び本発明方法によれば、第１及び第２の相関処理部で、予め求められたアンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示す第１の基準波形、及び第１の基準波形に対応した第２の基準波形を基準として、それぞれ単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせた相関処理を施し、電磁波の到来方位で最大ピーク値を示すインパルス応答波形を成形して電磁波の到来方位を算出するように構成したので、到来電磁波方位で鋭いピークを呈し、かつ到来電磁波以外の方位におけるピークの出現を低減させたインパルス応答波形の形成により、雑音を抑圧し、電磁波の到来方位を正確に求めることができる。
【００３７】
また、第１の相関処理部に加えて、第２の相関処理部を構成し、第１のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲（φ）に対し、さらに第２の基準波形を基準として相関処理を行うので、第１の相関処理部では方位方向３６０度にわたり比較的粗いサンプリング間隔でその概略の到来方位を求め、第２の相関処理部ではその到来方位を中心とした狭い領域に限定してよりきめ細かな相関処理演算を行うことができるので、全体としてデータ量を減少させることができ、相関処理部における演算時間を大幅に短縮することができる。
【００３８】
すなわち、本願発明によれば、２段階でのコンボリューション処理により、到来方位にシャープなインパルス応答波形を得るので、格別複雑な波形処理を行うことなく、雑音等を除去し迅速かつ高精度に到来方位を測定することができ、装置の小型化をも実現することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、アンテナにより捕捉された電磁波の到来方位をより正確にかつ迅速に測定可能な方位測定装置及び方位測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による方位測定装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す装置において、単一方向から到来する電磁波を捕捉するアンテナのアンテナパターン図である。
【図３】図１に示す装置における第１の相関処理部の処理動作を説明するためのコンボリューション処理説明図である。
【図４】図１に示す装置における第１の相関処理部の処理動作を説明するデコンボリューション処理説明図である。
【図５】図１に示す装置において、周波数の低い到来電磁波に対して第２の相関処理部における演算処理範囲を示す図である。
【図６】図１に示す装置において、周波数の高い到来電磁波に対して第２の相関処理部における演算処理範囲を示す図である。
【図７】従来の方位測定における低い周波数の電磁波の方探信号波形図である。
【図８】従来の方位測定における高い周波数の電磁波の方探信号波形図である。
【図９】従来の方位測定装置を示す構成図である。
【図１０】図７に示す装置において、周波数の低い到来電磁波に対する相関処理部における処理波形図である。
【図１１】図７に示す装置において、周波数の高い到来電磁波に対する相関処理部における処理波形図である。
【符号の説明】
１１  アンテナ
１２  受信部
１３  方探波形成形部
１４  Ａ／Ｄ変換部
１５  相関処理部
１６  基準波形生成部
１７  信号処理部
１８  第１の相関処理部
１９  データ補間部
２０  フィルタ部
２１  第２の相関処理部
２２  第２の基準波形生成部
【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】
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【図１１】
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