(57)【要約】【課題】本発明は、同じ基線長Ｌでもより高精度に電波の到来方位θを測定し得る電波到来方位測定装置および該方法を提供する。【解決手段】本発明の電波到来方位測定装置は、平面を形成するように配置された複数のアンテナＡ１〜Ａ４と、各アンテナＡ１〜Ａ４に対応してそれぞれ設けられ、対応するアンテナＡが電波を受信した場合に該電波が該アンテナＡに到来した到来時刻を二重積分回路で計測する複数の到来時刻計測部１１−１〜１１−４と、各到来時刻計測部１１−１〜１１−４における各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが該各二重積分回路で一斉に変更されるように、該各二重積分回路の同期を制御する同期制御部１２と、各到来時刻計測部１１−１〜１１−４で計測された各到来時刻に基づいて、電波が到来した方位を求める到来方位演算部１３とを備える。【選択図】図１
2008128806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面を形成するように配置された複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに対応してそれぞれ設けられ、対応するアンテナが電波を受信した場合に該電波が該アンテナに到来した到来時刻を二重積分回路で計測する複数の到来時刻計測部と、
前記複数の到来時刻計測部における各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが該各二重積分回路で一斉に変更されるように、同期信号を該各二重積分回路へそれぞれ出力する同期制御部と、
前記複数の到来時刻計測部でそれぞれ計測された各到来時刻に基づいて、前記電波が到来した方位を求める到来方位演算部とを備えること
を特徴とする電波到来方位測定装置。
【請求項２】
前記複数の到来時刻計測部のそれぞれは、
対応するアンテナにおける前記電波の受信を検出する検出部と、
前記検出部が前記電波の受信を検出すると、第１電圧で積分を開始し、前記同期制御部から前記同期信号が入力されると前記第１電圧と逆極性の第２電圧で積分を開始し、前記同期信号が入力された時刻から積分値が予め設定された所定の基準値となった場合の時刻までの時間を、前記到来時刻を表すデータとして、前記到来方位演算部に出力する二重積分回路とを備えること
を特徴とする請求項１に記載の電波到来方位測定装置。
【請求項３】
前記複数の到来時刻計測部に対応する各二重積分回路は、それぞれ、
予め設定された所定のクロック周期のクロックで動作すると共に、前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分し、
前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分した前記二重積分回路の積分値を保持する保持部をさらに備え、
前記複数の到来時刻計測部のそれぞれは、次に到来時刻を計測する場合に、前記保持部で保持されている積分値から二重積分回路の積分を開始すること
を特徴とする請求項２に記載の電波到来方位測定装置。
【請求項４】
前記複数の到来時刻計測部に対応する各二重積分回路は、それぞれ、
予め設定された所定のクロック周期のクロックで動作すると共に、前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分し、
前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分した前記二重積分回路の積分値を計測する積分値計測部をさらに備え、
前記到来方位演算部は、前記複数の到来時刻計測部にそれぞれ対応する前記各積分値計測部で計測された各積分値に基づいて、前記複数の到来時刻計測部でそれぞれ計測された各到来時刻をそれぞれ補正した上で、前記電波が到来した方位を求めること
を特徴とする請求項２に記載の電波到来方位測定装置。
【請求項５】
前記複数の到来時刻計測部に対応する各二重積分回路は、それぞれ、
予め設定された所定のクロック周期のクロックで動作すると共に、前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分し、
前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分した前記二重積分回路の積分値を保持すると共に、前記保持した積分値が前記第２電圧を１クロックだけ積分した値以上となるまで前記二重積分回路の積分値を保持した保持回数を計数する保持部をさらに備え、
前記到来方位演算部は、前記複数の到来時刻計測部にそれぞれ対応する前記各保持部で計数された各保持回数に基づいて、前記複数の到来時刻計測部でそれぞれ計測された各到来時刻をそれぞれ補正した上で、前記電波が到来した方位を求めること
を特徴とする請求項２に記載の電波到来方位測定装置。
【請求項６】
平面を形成するように配置された複数のアンテナのそれぞれで電波を受信する受信工程と、
前記複数のアンテナが電波を受信した場合に複数の二重積分回路で該電波が該アンテナに到来した各到来時刻をそれぞれ計測する計測工程と、
前記計測工程において、前記各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが該各二重積分回路で一斉に変更されるように、該各二重積分回路の同期を制御する同期制御工程と、
前記計測工程でそれぞれ計測された各到来時刻に基づいて、前記電波が到来した方位を求める到来方位演算工程とを備えること
を特徴とする電波到来方位測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナを用い、各アンテナにおける電波の到来時間差に基づいて電波の到来方位を測定する電波到来方位測定装置および該方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電波の到来方位θを測定する電波到来方位測定方法としては、位相を比較することによって電波の到来方位θを測定する位相比較型方位測定方法や、振幅を比較することによって電波の到来方位θを測定する振幅比較型方位測定方法等があるが、その一つとして、到来時間差型方位測定方法がある。
【０００３】
図１１は、到来時間差型方位測定方法を説明するための図である。図１１（Ａ）に示すように、所定の距離Ｌの間隔を空けて配置された２個の第１および第２アンテナＡ１、Ａ２に、或る方位θから到来した電波に対し、当該電波の発信源から第１アンテナＡ１までの伝搬経路長と、当該電波の発信源から第２アンテナＡ２までの伝搬経路長との間に、式１によって与えられる伝搬経路長差Ｄが生じる。なお、式中の“・”は、乗算の演算子である。
Ｄ＝Ｌ・ｃｏｓθ                                                  ・・・（式１）
この伝搬経路長差Ｄにより生じる第１アンテナＡ１と第２アンテナＡ２との電波の到来時間差τは、即ち、第１アンテナＡ１が電波を受信した第１受信時刻ｔｒ１と第２アンテナＡ２が電波を受信した第２受信時刻ｔｒ２との差τは、図１１（Ｂ）に示すように、第１および第２アンテナＡ１、Ａ２の受信信号における立上り部分の時間差τとして与えられる。これは、電波の伝搬速度をＶｔとすると、式２によって表される。
τ＝Ｄ／Ｖｔ                                                      ・・・（式２）
したがって、式１および式２より、電波の到来方位θが式３によって与えられる。
θ＝ｃｏｓ−１（（τ・Ｖｔ）／Ｌ）                                ・・・（式３）
ここで、θ≦±１８０゜であるので、式３から到来方位θとして解が２個与えられる。そのため、第１および第２アンテナＡ１、Ａ２の組の他に、もう一組の第３および第４アンテナＡ３、Ａ４を用意し、同様に、到来方位θを求めることによって、電波の到来方位θが一意に求められ、真の到来方位θが求められる。ただし、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４は、平面を形成するように配置される。例えば、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４は、第１アンテナＡ１と第２アンテナＡ２とを通る直線ｌ１２と、第３アンテナＡ３と第４アンテナＡ４とを通る直線ｌ３４とが独立となるように配置される。なお、電波の到来方位θを求めるに当たって、２個のアンテナ間を結ぶ線分を「基線」と呼称し、距離Ｌを「基線長」と呼称する。
【０００４】
このような到来時間差型方位測定方法は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示の到来時間差型方位測定方法では、複数のアンテナを用いて到来電波の方位を計測するに際し、４個のアンテナを、一定距離Ｒ１、Ｒ２を各一辺の長さとする正方形を含む長方形、または平行四辺形の頂点にそれぞれ配設して、各電波検出器を介して到来電波を受信信号として検出し、到来時間差計測および方位計算手段により、前記各受信信号のうち任意の３個のアンテナからの受信信号を選択すると共に、中間位置のアンテナを共用して、相隣る一方の２個のアンテナ間と相隣る他方の２個のアンテナ間における前記受信信号の到来時間差τ１、τ２をそれぞれ計測し、前記一方の２個のアンテナ（アンテナ間の距離をＲ１、アンテナ間を結ぶ線を基準線とする）における到来電波方位θ１２を、θ１２＝ｃｏｓ−１（τ１・Ｃ／Ｒ１）、ただし、Ｃは電波の伝搬速度、θ１２≦±１８０゜、前記他方の２個のアンテナ（アンテナ間の距離をＲ２とする）における到来電波方位θ２３を、θ２３＝ｃｏｓ−１（τ２・Ｃ／Ｒ２）、ただし、θ２３≦±１８０゜、でそれぞれ計算し、次いで、前記他方の２個のアンテナを結ぶ線が前記基準線の直角線に対する角度をθｄとするとき、該両方位θ１２およびθ２３−θｄのうち同一値の方位を到来電波方位として出力し、これを方位表示手段により表示させる。
【特許文献１】特開平０６−３０８２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記位相比較型方位測定方法では、例えば、パルス幅が数ナノ秒のパルスを用いて通信を行うＵＷＢ（Ultra Wideband）のような、いわゆる搬送波を持たない通信方法の電波の到来方位θを測定することができない。
【０００６】
一方、到来時間差型方位測定方法では、高精度に到来方位θを測定しようとする場合、基線長Ｌを長くすることが考えられるが、この手法では、装置の大型化を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、同じ基線長Ｌでもより高精度に電波の到来方位θを測定することができる電波到来方位測定装置および電波到来方位測定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】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。即ち、本発明の一態様に係る電波到来方位測定装置は、平面を形成するように配置された複数のアンテナと、前記複数のアンテナに対応してそれぞれ設けられ、対応するアンテナが電波を受信した場合に該電波が該アンテナに到来した到来時刻を二重積分回路で計測する複数の到来時刻計測部と、前記複数の到来時刻計測部における各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが該各二重積分回路で一斉に変更されるように、同期信号を該各二重積分回路へそれぞれ出力する同期制御部と、前記複数の到来時刻計測部でそれぞれ計測された各到来時刻に基づいて、前記電波が到来した方位を求める到来方位演算部とを備えることを特徴とする。そして、本発明の他の一態様に係る電波到来方位測定方法は、平面を形成するように配置された複数のアンテナのそれぞれで電波を受信する受信工程と、前記複数のアンテナが電波を受信した場合に複数の二重積分回路で該電波が該アンテナに到来した各到来時刻をそれぞれ計測する計測工程と、前記計測工程において、前記各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングが該各二重積分回路で一斉に変更されるように、該各二重積分回路の同期を制御する同期制御工程と、前記計測工程でそれぞれ計測された各到来時刻に基づいて、前記電波が到来した方位を求める到来方位演算工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
一般に、二重積分回路は、入力電圧Ｖｉｎを測定する回路に用いられ、予め設定された所定の一定充電時間Ｔａで入力電圧Ｖｉｎを積分回路で積分（充電）した後に、この入力電圧Ｖｉｎを基準電圧Ｖｒに切り換えて放電する時間Ｔ２をカウンタで計測し、この計測した時間Ｔ２と前記一定充電時間Ｔａとの比を基準電圧Ｖｒに乗じることによって入力電圧Ｖｉｎを測定する（Ｖｉｎ＝（Ｔ２／Ｔａ）・Ｖｒ）。このように一般の二重積分回路は、基準電圧Ｖｒおよび一定充電時間Ｔａを既知として時間Ｔ２を計測することによって、高精度に入力電圧Ｖｉｎを測定することができる。
【００１０】
一方、上記構成の電波到来方位測定装置および電波到来方位測定方法における各二重積分回路では、対応するアンテナが電波を受信すると、電圧の積分（充電）が開始され、同期制御部の同期によって一斉にこの積分する電圧が逆極性の電圧に変更され、逆極性の電圧の積分（放電）が開始される。したがって、これら各二重積分回路では、電波の受信時刻（到来時刻）に応じて電圧の積分時間（第１積分時間）が異なる結果、一斉に積分する電圧が逆極性の電圧に変更されてから放電が終了する積分時間（第２積分時間）が異なる。このため、この第２積分時間が電波の受信時刻に基づく時間となっており、一斉に積分する電圧を逆極性の電圧に変更した変更時刻を基準に、この第２積分時間から求まる第１積分時間だけ遡れば、電波の受信時刻が求められる。上記構成の電波到来方位測定装置および電波到来方位測定方法における各二重積分回路は、このように利用されており、充電の電圧および放電の電圧を既知として、第２積分時間を計測することによって、到来時刻を測定する。すなわち、充電の電圧をＶ１、放電の電圧をＶ２、一斉に積分する電圧を逆極性の電圧に変更した変更時刻をＴｒ、第２積分時間をＴ２とすると、第１積分時間Ｔ１は、（Ｖ１／Ｖ２）・Ｔ２で表され、到来時刻は、Ｔｒ−（（Ｖ１／Ｖ２）・Ｔ２）で表される。第１積分時間Ｔ１は、第１電圧Ｖ１に対する第２電圧Ｖ２の比（＝Ｖ２／Ｖ１）で伸張され、第２積分時間Ｔ２として計測されるから、第１積分時間Ｔ１が高精度に計測される結果、到来時刻が高精度に計測される。
【００１１】
このような上記構成の電波到来方位測定装置および電波到来方位測定方法では、二重積分回路を用いて各アンテナに到来する電波の各到来時刻を上述のように計測し、この計測した各到来時刻に基づいて到来方位θを求めるので、同じ基線長Ｌでもより高精度に電波の到来方位θを測定することができる。このように到来時間差型方位測定方法によって電波の到来方位θを求めるので、例えばＵＷＢのような搬送波を持たない電波でも到来方位θを求めることができ、また、同じ基線長Ｌなので、装置の大型化を招くこともない。
【００１２】
そして、上述の電波到来方位測定装置において、前記複数の到来時刻計測部のそれぞれは、対応するアンテナにおける前記電波の受信を検出する検出部と、前記検出部が前記電波の受信を検出すると、第１電圧で積分を開始し、前記同期制御部から前記同期信号が入力されると前記第１電圧と逆極性の第２電圧で積分を開始し、前記同期信号が入力された時刻から積分値が予め設定された所定の基準値となった場合の時刻までの時間を、前記到来時刻を表すデータとして、前記到来方位演算部に出力する二重積分回路とを備えて、電波到来方位測定装置が好適に実現される。
【００１３】
また、上述の電波到来方位測定装置において、前記複数の到来時刻計測部に対応する各二重積分回路は、それぞれ、予め設定された所定のクロック周期のクロックで動作すると共に、前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分し、前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分した前記二重積分回路の積分値を保持する保持部をさらに備え、前記複数の到来時刻計測部のそれぞれは、次に到来時刻を計測する場合に、前記保持部で保持されている積分値から二重積分回路の積分を開始することを特徴とする。
【００１４】
第２電圧で積分を開始した後の前記積分値が前記所定の基準値となった時刻が、前記クロックのタイミングとずれている場合には、このずれ分だけ前記到来時刻に誤差が含まれる。このような構成の電波到来方位測定装置では、このずれ分に対応するだけさらに第２電圧が積分され、次に到来時刻が計測される場合に、この積分値から二重積分回路の積分が開始される。このため、この電波到来方位測定装置は、前記誤差を軽減することができ、この結果、より高精度に電波の到来方位θを計測することができる。
【００１５】
さらに、上述の電波到来方位測定装置において、前記複数の到来時刻計測部に対応する各二重積分回路は、それぞれ、予め設定された所定のクロック周期のクロックで動作すると共に、前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分し、前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分した前記二重積分回路の積分値を計測する積分値計測部をさらに備え、前記到来方位演算部は、前記複数の到来時刻計測部にそれぞれ対応する前記各積分値計測部で計測された各積分値に基づいて、前記複数の到来時刻計測部でそれぞれ計測された各到来時刻をそれぞれ補正した上で、前記電波が到来した方位を求めることを特徴とする。
【００１６】
このような構成の電波到来方位測定装置では、前記ずれ分に対応するだけさらに第２電圧が積分され、この積分値が計測される。このため、第２電圧を１クロックだけ積分した積分値に対するこの積分値の計測値の比に、１クロックの時間を乗じることによって、前記ずれ分が算出可能となり、前記誤差が軽減される。この結果、このような構成の電波到来方位測定装置は、より高精度に電波の到来方位θを計測することができる。
【００１７】
そして、上述の電波到来方位測定装置において、前記複数の到来時刻計測部に対応する各二重積分回路は、それぞれ、予め設定された所定のクロック周期のクロックで動作すると共に、前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分し、前記積分値が前記所定の基準値となった後の直近のクロックまで積分した前記二重積分回路の積分値を保持すると共に、前記保持した積分値が前記第２電圧を１クロックだけ積分した値以上となるまで前記二重積分回路の積分値を保持した保持回数を計数する保持部をさらに備え、前記到来方位演算部は、前記複数の到来時刻計測部にそれぞれ対応する前記各保持部で計数された各保持回数に基づいて、前記複数の到来時刻計測部でそれぞれ計測された各到来時刻をそれぞれ補正した上で、前記電波が到来した方位を求めることを特徴とする。
【００１８】
このような構成の電波到来方位測定装置では、第２電圧を１クロックだけ積分した値以上となるまで、前記ずれ分に対応するだけさらに第２電圧が積分されてこの積分値が保持され、次に到来時刻が計測される場合に、この積分値から二重積分回路の積分が開始される。１クロックの時間を保持回数で除算することによって、前記ずれ分が算出可能となり、前記誤差が軽減される。この結果、このような構成の電波到来方位測定装置は、より高精度に電波の到来方位θを計測することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電波到来方位測定装置および電波到来方位測定方法は、同じ基線長Ｌでもより高精度に電波の到来方位θを測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における電波到来方位測定装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１に示す電波到来方位測定装置における到来時刻計測部の構成を示すブロック図である。なお、図１では、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４は、平面視した場合における各アンテナＡ１〜Ａ４の配置関係を示している。
【００２１】
図１および図２において、電波到来方位測定装置１は、複数のアンテナＡと、複数のアンテナＡに対応してそれぞれ設けられ、対応するアンテナが電波を受信した場合に当該電波が当該アンテナに到来した到来時刻（受信時刻）ｔを二重積分回路で計測する複数の到来時刻計測部１１と、複数の到来時刻計測部１１における各二重積分回路で積分される電圧を逆極性の電圧に変更するタイミングがこれら各二重積分回路で一斉に変更されるように、その旨を表す切換信号（同期信号）を各二重積分回路へそれぞれ出力することによって、これら各二重積分回路の同期を制御する同期制御部１２と、複数の到来時刻計測部１１でそれぞれ計測された到来時刻ｔに基づいて電波の到来方位θを計算する到来方位演算部１３とを備えて構成される。
【００２２】
アンテナＡは、到来（受信）した電波の電磁波エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。複数のアンテナＡは、図１および図２に示す例では、２組のアンテナ対を構成する４個の第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４を備えて構成される。第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４は、平面を形成するように、言い換えれば、第１組を構成する一対の第１アンテナＡ１と第２アンテナＡ２とを通る直線ｌ１２と、第２組を構成する一対の第３アンテナＡ３と第４アンテナＡ４とを通る直線ｌ３４とが独立（線形独立、一次独立）となるように、それぞれ配置される。図１に示す例では、到来方位θが最も精度よく求まり、到来方位θを求める演算をより容易にする観点から、直線１１２と直線１３４とが互いに直交するように、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４がそれぞれ配置されている。
【００２３】
なお、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００２４】
到来時刻計測部１１は、当該到来時刻計測部１１に対応するアンテナＡが電波を受信した場合に当該電波が当該アンテナＡに到来した電波の到来時刻ｔを二重積分回路で計測する装置であり、例えば、図２に示すように、検出部１１１と、スイッチ制御部（以下、「ＳＷ制御部」と略記する。）１１２と、切換スイッチ部１１３と、積分部１１４と、比較部１１５と、パルス発生部１１６と、パルスカウンタ部１１７と、集計部１１８とを備えて構成される。なお、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４の各構成は、同様であるので、図２には、第１到来時刻計測部１１−１の構成のみを示し、第２ないし第４到来時刻計測部１１−２〜１１−４の構成の記載を省略している。なお、後述の図５、図７および図９も同様である。
【００２５】
検出部１１１は、当該到来時刻計測部１１に対応するアンテナＡが電波を受信したか否かを検出し、電波の受信を検出すると、電波の受信を検出した旨を表す受信トリガ信号をＳＷ制御部１１２へ出力する回路である。当該到来時刻計測部１１は、この受信トリガ信号の生成により、電波の到来時刻ｔを測定する動作を開始する。検出部１１１は、例えば、ダイオードと、前記ダイオードの出力を予め設定された所定の基準電圧（例えば、グランド電位Ｖｇ）と比較するコンパレータとを備えた検波部として構成される。アンテナＡの出力は、ダイオードによって包絡線検波され、ダイオードの出力が前記所定の基準電圧を越えると、そのタイミングで受信トリガ信号がコンパレータからＳＷ制御部１１２へ出力される。
【００２６】
切換スイッチ部１１３は、ＳＷ制御部１１２の制御に応じて積分部１１４に入力（印加）される電圧を切り換える２入力１出力の回路である。切換スイッチ部１１３は、例えば、第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を備えて構成される。第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、例えばトランジスタ等の制御端子付きのスイッチ素子等を備えて構成される。第１スイッチＳＷ１には第１電圧Ｖ１が印加されており、第１スイッチＳＷ１がＳＷ制御部１１２の制御に応じてオン（閉）することによって、第１電圧Ｖ１が積分部１１４へ出力される。第２スイッチＳＷ２には第２電圧−Ｖ２が印加されており、第２スイッチＳＷ２がＳＷ制御部１１２の制御に応じてオンすることによって、第２電圧−Ｖ２が積分部１１４へ出力される。なお、ＳＷ制御部１１２の制御に応じて第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２が共にオフ（開）すると、第１電圧Ｖ１も第２電圧−Ｖ２も積分部１１４へ出力されない。後述から分かるように、第１電圧Ｖ１は、積分部１１４を充電するために利用され、第２電圧−Ｖ２は、積分部１１４を放電するために利用される。このため、第１電圧Ｖ１と第２電圧−Ｖ２は、互いに逆極性とされている。なお、Ｖ１・Ｖ２＞０である。
【００２７】
ＳＷ制御部１１２は、後述するように、所定のタイミングで切換スイッチ部１１３における入出力の接続状態を制御すると共に、パルスカウンタ部１１７のカウント値Ｎを０にリセットするリセット信号を所定のタイミングでパルスカウンタ部１１７へ出力する回路である。
【００２８】
積分部１１４は、切換スイッチ部１１３から入力された電圧を積分し、通電時間（積分時間）に応じた積分値（電圧値）を比較部１１５へ出力する回路である。積分部１１４は、例えば、抵抗素子とコンデンサとオペアンプとを備え、オペアンプの反転入力（−）に抵抗素子が接続され、その反転入力（−）と出力との間にコンデンサが接続され、その非反転入力（＋）がグランド電位Ｖｇに接地されて構成されるＲＣ積分回路である。
【００２９】
比較部１１５は、積分部１１４から入力された積分値と、予め設定された所定の基準電圧（例えばグランド電位Ｖｇ）とを比較し、積分部１１４から入力された積分値が前記所定の基準電圧と一致すると、その旨を示す判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力する回路である。比較部１１５は、例えばコンパレータを備えて構成される。
【００３０】
パルス発生部１１６は、パルスカウンタ部１１７のクロックとして利用される、予め設定された所定の周期（クロック周期）Ｔｃでパルスを生成する回路である。このクロック周期Ｔｃは、測定精度等を考慮して適宜に設定され、例えば、（Ｖ１／Ｖ２）・Ｔｃが到来時間差τに要求される測定精度の１／１０程度に設定される。パルス発生部１１６は、例えば、マルチバイブレータを備えて構成される。
【００３１】
パルスカウンタ部１１７は、後述するように、所定のクロック周期Ｔｃに対応する間隔ごとにパルス発生部１１６から入力されるパルスを計数する回路である。そして、パルスカウンタ部１１７は、第１電圧Ｖ１が積分部１１４に入力されている場合には、即ち、最初のリセット信号（第１リセット信号）がＳＷ制御部１１２から入力された場合には、第１電圧Ｖ１で積分部１１４を充電する充電時間Ｔａを、第１リセット信号に応じてカウンタ値Ｎを０にリセットした後にパルスを計数することによって計時し、充電時間Ｔａになると（タイムアップすると）、到来時刻計測部１１における積分部１１４の充電（積分）を停止する充電停止信号（積分停止信号）を同期制御部１２へ出力する回路である。さらに、パルスカウンタ部１１７は、第２電圧−Ｖ２が積分部１１４に入力されている場合には、即ち、次のリセット信号（第２リセット信号）がＳＷ制御部１１２から入力された場合には、第２リセット信号に応じてカウンタ値Ｎを０にリセットした後から比較部１１５から判定信号が入力されるまで計数したパルス数をカウンタ値Ｎとして集計部１１８へ出力すると共に、終了信号をＳＷ制御部１１２へ出力する回路である。パルスカウンタ部１１７は、例えば、複数のフリップフロップを備えて構成される。
【００３２】
集計部１１８は、パルスカウンタ部１１７から入力されたカウント値Ｎを到来方位演算部１３へ出力する回路である。
【００３３】
二重積分回路は、本実施形態では、ＳＷ制御部１１２、切換スイッチ部１１３、積分部１１４、比較部１１５、パルス発生部１１６およびパルスカウンタ部１１７を備えて構成される。
【００３４】
同期制御部１２は、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４における各積分部１１４−１〜１１４−４に入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２へ一斉に切り換わるように、その旨を表す切換信号を各ＳＷ制御部１１２−１〜１１２−４へ出力することによって、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４における切換スイッチ部１１３の切換タイミングを制御する回路である。
【００３５】
到来方位演算部１３は、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４が電波を受信した受信時刻（到来時刻）ｔに基づいて到来時間差型方位測定法によって当該電波の到来方位θを計算する回路である。
【００３６】
次に、このような構成の電波到来方位測定装置１の動作について説明する。図３は、図１に示す電波到来方位測定装置の動作を説明するための図である。図４は、図２に示す到来時刻計測部の動作を説明するための図である。
【００３７】
図１ないし図４において、電波到来方位測定装置１では、例えば図略の電源スイッチが投入されると、電波の到来方位θを測定する動作が開始され、積分部１１４の積分値（充電電圧、充電電荷）が０にリセットされ、パルス発生部１１６が所定のクロック周期Ｔｃでパスルを生成し、この生成したパルスをクロックとしてパルスカウンタ部１１７へ出力する。
【００３８】
電波到来方位測定装置１に電波が到来すると、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４のうちの何れかのアンテナＡでまず電波が受信され、そして、電波の発信源に近いアンテナＡから順次に電波が受信される。
【００３９】
電波を受信したアンテナＡに対応する到来時刻計測部１１では、次のように動作する。当該アンテナＡは、この受信した電波をその電磁波エネルギーから電気エネルギーに変換し、検出部１１１へ出力する。アンテナＡからの出力に基づいて、検出部１１１は、電波の到来（受信）を検出し、受信トリガ信号をＳＷ制御部１１２へ出力する。受信トリガ信号が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、第１電圧Ｖ１が積分部１１４に入力されるように、第１スイッチＳＷ１をオンすると共に第２スイッチＳＷ２をオフする第１スイッチ制御信号（第１ＳＷ制御信号）を切換スイッチ部１１３へ出力すると共に、パルスカウンタ部１１７のカウント値Ｎを０にリセットする第１リセット信号をパルスカウンタ部１１７へ出力する。第１スイッチ制御信号が入力されると、切換スイッチ部１１３は、第１スイッチＳＷ１をオンすると共に第２スイッチＳＷ２をオフする。これによって第１電圧Ｖ１が積分部１１４に入力される。そして、第１リセット信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、カウント値Ｎを０にリセットし、パルス発生部１１６から入力されるパルスの計数を新たに開始して、第１電圧Ｖ１で積分部１１４が積分する充電時間Ｔａの計時を開始する。第１電圧Ｖ１が入力されると、積分部１１４は、積分（充電）を開始し、積分値を比較部１１５へ出力する。
【００４０】
例えば、図３に示す例では、電波到来方位測定装置１に到来した電波は、まず、時刻ｔ１において第３アンテナＡ３で受信され、第３アンテナＡ３に対応する第３到来時刻計測部１１−３は、上述のように動作する。そのパルスカウンタ部１１７−３では、電波を受信した時刻ｔ１後の最初のクロック（時刻ｔ２）でカウント値Ｎが０にリセットされ、パルスの計数が新たに開始されることによって、充電時間Ｔａの計時が開始される。次に、時刻ｔ３において前記電波が第２アンテナＡ２で受信され、第２アンテナＡ２に対応する第２到来時刻計測部１１−２は、上述のように動作する。そのパルスカウンタ部１１７−２では、電波を受信した時刻ｔ３後の最初のクロックでカウンタ値Ｎが０にリセットされ、パルスの計数が新たに開始されることによって、充電時間Ｔａの計時が開始される。次に、時刻ｔ４において前記電波が第４アンテナＡ４で受信され、第４アンテナＡ４に対応する第４到来時刻計測部１１−４は、上述のように動作する。そのパルスカウンタ部１１７−４では、電波を受信した時刻ｔ４後の最初のクロックでカウンタ値Ｎが０にリセットされ、パルスの計数が新たに開始されることによって、充電時間Ｔａの計時が開始される。そして、最後に、時刻ｔ５において前記電波が第１アンテナＡ１で受信され、第１アンテナＡ１に対応する第１到来時刻計測部１１−１は、上述のように動作する。そのパルスカウンタ部１１７−１では、電波を受信した時刻ｔ５後の最初のクロックでパルス数が０にリセットされ、パルスの計数が新たに開始されることによって、充電時間Ｔａの計時が開始される。
【００４１】
到来時刻計測部１１のパルスカウンタ部１１７は、充電時間Ｔａが経過すると、より具体的には、カウンタ値Ｎが充電時間Ｔａに対応するカウンタ値Ｎａ（Ｔａ＝Ｎａ・Ｔｃ）になると、到来時刻計測部１１における積分部１１４の充電（積分）を停止する充電停止信号（積分停止信号）を同期制御部１２へ出力する。充電停止信号が入力されると、同期制御部１２は、切換スイッチ部１１３における第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接続状態を切り換える切換信号（同期信号）を第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４の各ＳＷ制御部１１２−１〜１１２−４へそれぞれ出力する。切換信号が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、第２電圧−Ｖ２が積分部１１４に入力されるように、第１スイッチＳＷ１をオフすると共に第２スイッチＳＷ２をオンする第２スイッチ制御信号（第２ＳＷ制御信号）を切換スイッチ部１１３へ出力すると共に、パルスカウンタ部１１７を０にリセットする第２リセット信号をパルスカウンタ部１１７へ出力する。第２スイッチ制御信号が入力されると、切換スイッチ部１１３は、第１スイッチＳＷ１をオフすると共に第２スイッチＳＷ２をオンする。これによって第２電圧−Ｖ２が積分部１１４に入力される。そして、第２リセット信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、カウンタ値Ｎを０にリセットし、パルス発生部１１６から入力されるパルスの計数を新たに開始する。第２電圧−Ｖ２が入力されると、積分部１１４は、積分を開始し、積分値を比較部１１５へ出力する。より具体的には、第２電圧−Ｖ２は、第１電圧Ｖ１と逆符号であるため、積分部１１４は、放電し、積分値は、時間経過に従って低下していく。
【００４２】
例えば、図３に示す例では、最初に充電時間Ｔａの計時を開始した第３到来時刻計測部１１−３におけるパルスカウンタ部１１７−３が計時開始から充電時間Ｔａ経過後の時刻ｔ６で充電停止信号を同期制御部１２へ出力する。充電停止信号が入力されると、同期制御部１２は、切換信号を第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４の各ＳＷ制御部１１２−１〜１１２−４へそれぞれ出力する。切換信号が入力されると、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４は、上述のようにそれぞれ動作する。このため、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４では、それぞれ、時刻ｔ６において、各積分部１１４−１〜１１４−４は、第１電圧Ｖ１の積分が終了され、第２電圧−Ｖ２で積分を開始し、各パルスカウンタ部１１７−１〜１１７−４は、充電時間Ｔａを計時している場合にはこの計時を終了し、パルスの計数を新たに開始する。
【００４３】
なお、同期制御部１２は、或る到来時刻計測部１１から充電停止信号を受信した後であって予め設定された所定の期間が経過する前では、他の到来時刻計測部１１から受信した充電停止信号を破棄する。即ち、前記所定の期間が経過するまでは２度目以降の充電停止信号を受信したとしても、同期制御部１２は、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４へ切換信号をそれぞれ出力しない。或る発信源から発信された電波を第１ないし第４アンテナＡが受信する時刻の時間差は、最大で、電波が基線長Ｌを伝搬するために必要な時間（基線長伝搬時間）であるから、前記所定の経過期間は、例えば、この基線長伝搬時間にマージンを考慮して決定される。
【００４４】
上述のように、積分部１１４から比較部１１５へ入力される積分値は、時間経過に従って低下していく。単位時間あたりの積分値の低下割合は、積分部１１４の時定数である。例えば、積分部１１４がＲＣ積分回路である場合には、抵抗素子の抵抗値およびコンデンサの容量をそれぞれＲおよびＣとすると、時定数が１／（ＣＲ）となり、積分値は、経過時間をＴ２とすると、（Ｖ２・Ｔ２）／（ＣＲ）となる。
【００４５】
比較部１１５は、積分部１１４から入力される積分値と所定の基準電圧とを比較しており、時間経過に従って積分値が低下していくので、やがて積分部１１４から入力された積分値と所定の基準電圧とが一致する。積分部１１４から入力された積分値と所定の基準電圧とが一致すると、比較部１１５は、判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力する。判定信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、パルスを計数したカウンタ値Ｎ２を集計部１１８へ出力すると共に、パルスの計数が終了した旨を表す終了信号をＳＷ制御部１１２へ出力する。終了信号が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、積分部１１４の充電電荷（充電電圧）を０にリセットする信号を積分部１１４へ出力し、この信号が入力されると、積分部１１４は、積分値を０にリセットする。カウンタ値Ｎ２が入力されると、集計部１１８は、当該カウンタ値Ｎ２を到来方位演算部１３へ出力する。終了信号が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、電圧が積分部１１４に入力されないように、第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を共にオフする第３スイッチ制御信号（第３ＳＷ制御信号）を切換スイッチ部１１３へ出力する。第３スイッチ制御信号が入力されると、切換スイッチ部１１３は、第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を共にオフする。これによって積分部１１４への電圧の入力が停止される。そして、到来方位演算部１３は、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４から各カウンタ値Ｎ２が入力されると、組となる一対のアンテナＡに対応する２個のカウンタ値Ｎ２を用いて、組となる一対のアンテナＡ間における到来時間差τを計算し、この計算した到来時間差τから到来方位θを計算する。そして、到来方位演算部１３は、アンテナＡの各組から求めた到来方位θから真の到来方位θを求める。真の到来方位θが求められると、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の図略の表示装置に到来方位θが表示される。
【００４６】
例えば、図３に示す例では、第１アンテナＡ１に対応する第１到来時刻計測部１１−１における比較部１１５−１は、最初に時刻ｔ７で判定信号をパルスカウンタ部１１７−１へ出力しており、第４アンテナＡ４に対応する第４到来時刻計測部１１−４における比較部１１５−４は、次に時刻ｔ８で判定信号をパルスカウンタ部１１７−４へ出力しており、第２アンテナＡ２に対応する第２到来時刻計測部１１−２における比較部１１５−２は、次に時刻ｔ９で判定信号をパルスカウンタ部１１７−２へ出力しており、そして、第３アンテナＡに対応する第３到来時刻計測部１１−３における比較部１１５−３は、最後に時刻ｔ１０で判定信号をパルスカウンタ部１１７−３へ出力している。
【００４７】
ここで、上述のように、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４の各積分部１１４−１〜１１４−４では、対応するアンテナＡが電波を受信した受信時刻ｔで第１電圧Ｖ１の積分を開始する一方で、同期制御部１２の切換信号に応じて一斉に入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２に切り換えられる。このため、発信源から発信された電波が各アンテナＡ１〜Ａ４で受信された時間差に応じて、各積分部１１４−１〜１１４−４は、第１電圧Ｖ１の積分時間（充電時間）Ｔ１（０＜Ｔ１≦Ｔａ）が異なる。従って、各積分部１１４−１〜１１４−４に蓄積される電荷量、すなわち、各積分部１１４−１〜１１４−４の積分値（電圧値）Ｖｃは、発信源から発信された電波が各アンテナＡ１〜Ａ４で受信された時間差に応じたものとなっている。
【００４８】
例えば、図３に示す例では、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４は、発信源から発信された電波を第３アンテナＡ３、第２アンテナＡ２、第４アンテナＡ４、第１アンテナＡ１の順で受信しているので、積分値（電圧値）Ｖｃの大きさは、第３アンテナＡ３に対応する第３到来時刻計測部１１−３における積分部１１４−３の電圧値Ｖｃ３が最も大きく、第２アンテナＡ２に対応する第２到来時刻計測部１１−２における積分部１１４−２の電圧値Ｖｃ２が第３アンテナＡ３と第２アンテナＡ２との間における電波の受信の時間差に対応した差だけ小さく、第４アンテナＡ４に対応する第４到来時刻計測部１１−４における積分部１１４−４の電圧値Ｖｃ４が第２アンテナＡ２と第４アンテナＡ４との間における受信の時間差に対応した差だけ小さく、第１アンテナＡ１に対応する第１到来時刻計測部１１−１における積分部１１４−１の電圧値Ｖｃ１が第４アンテナＡ４と第１アンテナＡ１との間における受信の時間差に対応した差だけ小さい。
【００４９】
そして、各積分部１１４−１〜１１４−４における各電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃ４が各アンテナＡ１〜Ａ４における電波の受信の時間差に応じた電圧値である状態で、各積分部１１４−１〜１１４−４では、同期制御部１２の切換信号に応じて一斉に入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２にそれぞれ切り換えられるため、各比較部１１５−１〜１１５−４は、発信源から発信された電波が各アンテナＡ１〜Ａ４で受信された時間差に応じた時刻で判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力している。従って、判定信号に応じてパルスカウンタ部１１７が集計部１１８へ出力した上述のカウンタ値Ｎ２は、クロック周期Ｔｃが乗算されることによって、同期制御部１２の切換信号に応じて一斉に入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２に切り換えられた時刻ｔ６とアンテナＡが電波を受信した時刻ｔとの差を表している。
【００５０】
さらに、積分部１１４は、第１電圧Ｖ１で積分した後に、第２電圧−Ｖ２で積分しているので、アンテナＡが電波を受信した時刻ｔから、同期制御部１２の切換信号に応じて一斉に入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２に切り換えられた時刻ｔ６までの時間（第１積分時間Ｔ１）は、第２電圧−Ｖ２に対する第１電圧Ｖ１の比に、この時刻ｔ６から比較部１１５が判定信号を出力した時刻ｔｎ（図３の例では、ｎ＝７、８、９、１０）までの時間（第２積分時間Ｔ２、図３の例では、Ｔ２＝ｔｎ−ｔ６）を乗じることによって表される（Ｔ１＝（Ｖ１／Ｖ２）・Ｔ２）。到来時刻ｔは、この時刻ｔ６から第１積分時間Ｔ１だけ遡ればよいので、到来時刻ｔは、ｔ６−（Ｖ１／Ｖ２）・Ｔ２で表される。第１積分時間Ｔ１は、第１電圧Ｖ１に対する第２電圧Ｖ２の比（倍率、＝Ｖ２／Ｖ１）で伸張され、第２積分時間Ｔ２として計測されるから、第１積分時間Ｔ１が高精度に計測される。
【００５１】
このため、組となっている一対のアンテナＡ間における到来時間差τは、一対のアンテナＡの各到来時刻ｔの差によって、高精度に計算される。あるいは、到来時間差τは、当該組の一対のアンテナＡに対応する２個のカウンタ値Ｎ２の差に、クロック周期Ｔｃを乗算し、前記倍率の逆数Ｖ１／Ｖ２を乗算することによって、高精度に計算される。そして、この計算した到来時間差τから前記式３を用いることによって到来方位θが高精度に計算される。
【００５２】
このように本実施形態にかかる電波到来方位測定装置１では、二重積分回路によって到来時間差τが測定され、到来方位θが測定される。到来時間差τは、二重積分回路によって（Ｖ２／Ｖ１）の倍率によって伸張されるので、高精度に測定可能となる。この結果、電波の到来方位θが高精度に測定される。そして、仮に、到来時間差τを直接的に計測する場合には、高速なサンプリング速度（短いサンプリング周期）で計測する計測器が必要となり、一般に、このような計測器は、高価である。本実施形態にかかる電波到来方位測定装置１では、このような計測器よりも安価な二重積分回路によって到来時間差τが測定可能であるので、電波到来方位測定装置１が比較的安価に製造可能となる。
【００５３】
次に、別の実施形態について説明する。
（第２の実施形態）
第１の実施形態にかかる電波到来方位測定装置１では、到来時刻計測部１１のパルスカウンタ部１１７は、比較部１１５から判定信号が入力されても直ちに終了信号をスイッチ制御部１１２へ出力するのではなく、比較部１１５から判定信号が入力された後にパルス発生部１１６からパルスが入力されたタイミングで、すなわち、次のクロックで終了信号をスイッチ制御部１１２へ出力しており、このため、比較部１１５から判定信号が入力された後にパルス発生部１１６から入力されたパルスも計数して、カウンタ値Ｎ２を集計部１１８へ出力している。したがって、パルスカウンタ部１１７に、パルス発生部１１６からパルスが入力される直前に比較部１１５から判定信号が入力される場合には、切換信号によって第２リセット信号が入力された時刻から判定信号が入力される時刻までの時間と、カウンタ値Ｎ２にクロック周期Ｔｃを乗算することによって求めた時間とは、殆ど差がなく、カウンタ値Ｎ２にクロック周期Ｔｃを乗算することによって求めた時間には、殆ど誤差がない。一方、このような場合を除き、図４に示すように、切換信号によって第２リセット信号が入力された時刻から判定信号が入力される時刻までの時間と、カウンタ値Ｎ２にクロック周期Ｔｃを乗算することによって求めた時間とは、ずれて誤差δが生じ、カウンタ値Ｎ２にクロック周期Ｔｃを乗算することによって求めた時間には、クロック周期Ｔｃ未満の誤差δ（０＜δ＜Ｔｃ）が含まれる。第２の実施形態にかかる電波到来方位測定装置２は、この誤差δに対応する電圧値△Ｖで積分部１１４を補正することにより、この誤差δをより少なくして、より高精度に電波の到来方位θを測定する装置である。
【００５４】
図５は、第２の実施形態の電波到来方位測定装置における到来時刻計測部の構成を示すブロック図である。図６は、図５に示す到来時刻計測部の動作を説明するための図である。
【００５５】
図５において、第２の実施形態における電波到来方位測定装置２は、複数のアンテナＡ（Ａ１〜Ａ４）と、複数のアンテナＡに対応してそれぞれ設けられる複数の到来時刻計測部２１（２１−１〜２１−４）と、同期制御部１２と、到来方位演算部１３とを備えて構成される。すなわち、第２の実施形態における電波到来方位測定装置２は、第１の実施形態における電波到来方位測定装置１の到来時刻計測部１１の代わりに、到来時刻計測部２１を用いる点を除き、第１の実施形態と同様である。このため、第１の実施形態と異なる点を以下に説明し、その他の説明を省略する。
【００５６】
到来時刻計測部２１は、当該到来時刻計測部１１に対応するアンテナＡが電波を受信した場合に当該電波が当該アンテナＡに到来した電波の到来時刻ｔを、前記誤差δを補正して二重積分回路で計測する装置であり、例えば、図５に示すように、検出部１１１と、ＳＷ制御部１１２と、切換スイッチ部１１３と、積分部１１４と、比較部１１５と、パルス発生部１１６と、パルスカウンタ部１１７と、集計部１１８と、電圧保持部２１１とを備えて構成される。すなわち、第２の実施形態における到来時刻計測部２１は、第１の実施形態における到来時刻計測部１１に、さらに、電圧保持部２１１を備える点を除き、第１の実施形態と同様である。このため、第１の実施形態と異なる点を以下に説明し、その他の説明を省略する。
【００５７】
電圧保持部２１１は、積分部１１４の積分値（電荷量、電圧値）△Ｖの保持を指示する旨の電圧保持信号がＳＷ制御部１１２から入力されると、その時点における積分部１１４の積分値△Ｖを保持する回路である。
【００５８】
次に、このような構成の電波到来方位測定装置２の動作について説明する。電波到来方位測定装置２では、例えば図略の電源スイッチが投入されて電波の到来方位θを測定する動作が開始されてから、比較部１１５が判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力するまでの動作は、第１の実施形態における電波到来方位測定装置１と同様に動作する。そのため、ここでは、その説明を省略する。
【００５９】
判定信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、パルス発生部１１６からパルスが入力されたタイミングで、言い換えれば、判定信号が入力された後の直近（最初）のクロックのタイミングで終了信号をＳＷ制御部１１２へ出力する。最初の終了信号（第１終了信号）が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、電圧が積分部１１４に入力されないように、第３スイッチ制御信号を切換スイッチ部１１３へ出力すると共に、電圧保持信号を電圧保持部２１１へ出力する。第３スイッチ制御信号が入力されると、切換スイッチ部１１３は、第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を共にオフする。積分部１１４は、判定信号が入力された後の直近のクロックのタイミングまで第２電圧−Ｖ２を積分する。そして、電圧保持信号が入力されると、電圧保持部２１１は、その時点における積分部１１４の積分値△Ｖを保持する。
【００６０】
このように電圧保持部２１１によって積分部１１４が積分値△Ｖを保持した状態で、次の電波が到来すると、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４のうちの何れかのアンテナＡでまず電波が受信されてから、比較部１１５が判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力するまでの動作は、第１の実施形態における電波到来方位測定装置１と同様に動作する。そのため、ここでは、その説明を省略する。
【００６１】
再び判定信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、パルスを計数したカウンタ値Ｎ２を集計部１１８へ出力すると共に、次の終了信号（第２終了信号）をＳＷ制御部１１２へ出力する。カウンタ値Ｎ２が入力されると、集計部１１８は、当該カウンタ値Ｎ２を到来方位演算部１３へ出力する。第２終了信号が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、電圧が積分部１１４へ入力されないように、第３スイッチ制御信号を切換スイッチ部１１３へ出力する。第３スイッチ制御信号が入力されると、切換スイッチ部１１３は、第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を共にオフする。そして、到来方位演算部１３は、第１の実施形態と同様に動作し、真の到来方位θを求める。真の到来方位θが求められると、例えば図略の表示装置に到来方位θが表示される。
【００６２】
このように動作するので、第２の実施形態における電波到来方位測定装置２では、図６に示すように、最初の電波の到来において、積分部１１４は、前記誤差δに対応した時間だけ第２電圧−Ｖ２を積分し、この積分部１１４の積分値は、前記誤差δに対応した積分値△Ｖとなっており、この積分値△Ｖが電圧保持部２１１によって保持される。そして、次に電波が到来した場合には、積分部１１４は、この積分値△Ｖの状態（この積分値△Ｖでオフセットされることによって補正された状態）から第１電圧Ｖ１の積分を始めるので、パルスカウンタ部１１７が比較部１１５から再び判定信号を受信するタイミングがパルス発生部１１６からパルスを受信する直前のタイミングとなり、前記誤差δが第１の実施形態と比較して小さくなる。この結果、第１の実施形態の場合に較べて、到来時間差τがより高精度に測定され、到来方位θがより高精度に測定される。
【００６３】
次に、別の実施形態について説明する。
（第３の実施形態）
第３の実施形態にかかる電波到来方位測定装置２は、前記誤差δを求めることによって、より高精度に電波の到来方位θを測定する装置である。
【００６４】
図７は、第３の実施形態の電波到来方位測定装置における到来時刻計測部の構成を示すブロック図である。図８は、図７に示す到来時刻計測部の動作を説明するための図である。
【００６５】
図７において、第３の実施形態における電波到来方位測定装置３ａは、複数のアンテナＡ（Ａ１〜Ａ４）と、複数のアンテナＡに対応してそれぞれ設けられる複数の到来時刻計測部３１ａ（３１ａ−１〜３１ａ−４）と、同期制御部１２と、到来方位演算部１３とを備えて構成される。すなわち、第３の実施形態における電波到来方位測定装置３ａは、第１の実施形態における電波到来方位測定装置１の到来時刻計測部１１の代わりに、到来時刻計測部３１ａを用いる点を除き、第１の実施形態と同様である。このため、第１の実施形態と異なる点を以下に説明し、その他の説明を省略する。
【００６６】
到来時刻計測部３１ａは、当該到来時刻計測部１１に対応するアンテナＡが電波を受信した場合に当該電波が当該アンテナＡに到来した電波の到来時刻ｔを、前記誤差δを求めて補正して二重積分回路で計測する装置であり、例えば、図７に示すように、検出部１１１と、ＳＷ制御部１１２と、切換スイッチ部１１３と、積分部１１４と、比較部１１５と、パルス発生部１１６と、パルスカウンタ部１１７と、集計部１１８と、電圧保持部３１１ａとを備えて構成される。すなわち、第３の実施形態における到来時刻計測部３１ａは、第１の実施形態における到来時刻計測部１１に、さらに、電圧保持部３１１ａを備える点を除き、第１の実施形態と同様である。このため、第１の実施形態と異なる点を以下に説明し、その他の説明を省略する。
【００６７】
電圧保持部３１１ａは、積分部１１４の積分値（電荷量、電圧値）△Ｖを求める電圧測定信号がＳＷ制御部１１２から入力されると、その時点における積分部１１４の積分値△Ｖを計測し、この計測した積分値△Ｖを集計部１１８へ出力する回路である。
【００６８】
次に、このような構成の電波到来方位測定装置３ａの動作について説明する。電波到来方位測定装置３ａでは、例えば図略の電源スイッチが投入されて電波の到来方位θを測定する動作が開始されてから、比較部１１５が判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力するまでの動作は、第１の実施形態における電波到来方位測定装置１と同様に動作する。そのため、ここでは、その説明を省略する。
【００６９】
判定信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、第２の実施形態と同様に、パルス発生部１１６からパルスが入力されたタイミングで終了信号をＳＷ制御部１１２へ出力する。終了信号が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、電圧が積分部１１４に入力されないように、第３スイッチ制御信号を切換スイッチ部１１３へ出力すると共に、電圧測定信号を電圧保持部３１１ｂへ出力する。第３スイッチ制御信号が入力されると、切換スイッチ部１１３は、第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を共にオフする。したがって、積分部１１４は、判定信号が入力された後の直近のクロックのタイミングまで第２電圧−Ｖ２を積分する。そして、電圧測定信号が入力されると、電圧保持部３１１ａは、その時点における積分部１１４の積分値△Ｖを測定し、この測定した積分値△Ｖを測定信号として集計部１１８へ出力する。さらに、電圧保持部３１１ａは、積分部１１４の積分値△Ｖの測定が終了すると、その旨を表す測定終了信号をＳＷ制御部１１２へ出力する。測定終了信号が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、積分部１１４の積分値△Ｖを０にリセットする信号を積分部１１４へ出力し、この信号が入力されると、積分部１１４は、積分値△Ｖを０にリセットする。カウンタ値Ｎ２および測定信号が入力されると、集計部１１８は、当該カウンタ値Ｎ２および測定信号を到来方位演算部１３へ出力する。そして、到来方位演算部１３は、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４からカウンタ値Ｎ２および測定信号が入力されると、組となる一対のアンテナＡに対応する２個のカウンタ値Ｎ２および測定信号を用いて、組となる一対のアンテナＡ間における到来時間差τを計算し、この計算した到来時間差τから到来方位θを計算する。そして、到来方位演算部１３は、アンテナＡの各組から求めた到来方位θから真の到来方位θを求める。真の到来方位θが求められると、例えば図略の表示装置に到来方位θが表示される。
【００７０】
このように動作するので、第３の実施形態における電波到来方位測定装置３ａでは、図８に示すように、積分部１１４は、前記誤差δに対応した時間だけ第２電圧−Ｖ２を積分し、この積分部１１４の積分値は、前記誤差δに対応した積分値△Ｖとなっており、この積分値△Ｖが電圧保持部３１１ａによって測定される。一方、上述したように、第２電圧−Ｖ２が入力されることによって、積分部１１４の積分値は、時間経過に従って低下していくが、その単位時間（クロック周期Ｔｃ）あたりの積分値の低下割合Ｖ’は、積分部１１４の時定数に第２電圧−Ｖ２およびクロック周期Ｔｃを乗算した値である。例えば、積分部１１４がＲＣ積分回路である場合には、積分値の低下割合Ｖ’は、（Ｖ２・Ｔｃ）／（ＣＲ）となる。したがって、前記誤差δは、積分値の低下割合Ｖ’に対する積分値△Ｖの割合を求め、クロック周期Ｔｃを乗算することによって求めることができる（δ＝（△Ｖ／Ｖ’）・（（Ｖ２・Ｔｃ）／（ＣＲ））。このように前記誤差δが求められるので、カウンタ値Ｎ２にクロック周期Ｔｃを乗算した後に、この誤差δを減算することによって、積分部１１４へ入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２に切り換えられた時刻ｔ６から比較部１１５が判定信号を出力した時刻までの放電時間Ｔ２がより少ない誤差で求めることができる。この結果、第１の実施形態の場合に較べて、到来時間差τがより高精度に測定され、到来方位θがより高精度に測定される。
【００７１】
ここで、上述の第３の実施形態では、前記誤差δは、積分部１１４の積分値△Ｖを測定することによって求めたが、積分部１１４の積分値△Ｖが積分値の低下割合Ｖ’と一致するまで繰り返し電波の到来を測定してもよい。
【００７２】
図９は、第３の実施形態の他の形態の電波到来方位測定装置における到来時刻計測部の構成を示すブロック図である。図１０は、図９に示す到来時刻計測部の動作を説明するための図である。
【００７３】
図９において、第３の実施形態の他の形態における電波到来方位測定装置３ｂは、複数のアンテナＡ（Ａ１〜Ａ４）と、複数のアンテナＡに対応してそれぞれ設けられる複数の到来時刻計測部３１ｂ（３１ｂ−１〜３１ｂ−４）と、同期制御部１２と、到来方位演算部１３とを備えて構成される。すなわち、第３の実施形態の他の形態における電波到来方位測定装置３ｂは、第１の実施形態における電波到来方位測定装置１の到来時刻計測部１１の代わりに、到来時刻計測部３１ｂを用いる点を除き、第１の実施形態と同様である。このため、第１の実施形態と異なる点を以下に説明し、その他の説明を省略する。
【００７４】
到来時刻計測部３１ｂは、当該到来時刻計測部１１に対応するアンテナＡが電波を受信した場合に当該電波が当該アンテナＡに到来した電波の到来時刻ｔを、前記誤差δを求めて補正して二重積分回路で計測する装置であり、例えば、図９に示すように、検出部１１１と、ＳＷ制御部１１２と、切換スイッチ部１１３と、積分部１１４と、比較部１１５と、パルス発生部１１６と、パルスカウンタ部１１７と、集計部１１８と、電圧保持部３１１ａとを備えて構成される。すなわち、第３の実施形態の他の形態における到来時刻計測部３１ｂは、第１の実施形態における到来時刻計測部１１に、さらに、電圧保持部３１１ｂを備える点を除き、第１の実施形態と同様である。このため、第１の実施形態と異なる点を以下に説明し、その他の説明を省略する。
【００７５】
電圧保持部３１１ｂは、積分部１１４の積分値（電荷量、電圧値）△Ｖｍの電圧を保持する電圧保持信号がＳＷ制御部１１２から入力されると、その時点における積分部１１４の積分値△Ｖｍを保持し、この保持した回数を計数すると共に、この保持した積分値△Ｖｍと積分値の低下割合Ｖ’とを比較し、この比較の結果、この保持した積分値△Ｖｍと積分値の低下割合Ｖ’とが一致する場合に、保持回数ｍを保持回数信号として集計部へ出力する回路である。
【００７６】
次に、このような構成の電波到来方位測定装置３ａの動作について説明する。電波到来方位測定装置３ａでは、例えば図略の電源スイッチが投入されて電波の到来方位θを測定する動作が開始されてから、比較部１１５が判定信号をパルスカウンタ部１１７へ出力するまでの動作は、第１の実施形態における電波到来方位測定装置１と同様に動作する。そのため、ここでは、その説明を省略する。
【００７７】
判定信号が入力されると、パルスカウンタ部１１７は、第２の実施形態と同様に、パルス発生部１１６からパルスが入力されたタイミングで終了信号をＳＷ制御部１１２へ出力する。終了信号が入力されると、ＳＷ制御部１１２は、電圧が積分部１１４に入力されないように、第３スイッチ制御信号を切換スイッチ部１１３へ出力すると共に、電圧保持信号を電圧保持部３１１ｂへ出力する。第３スイッチ制御信号が入力されると、切換スイッチ部１１３は、第１および第２スイッチＳＷ１、ＳＷ２を共にオフする。したがって、積分部１１４は、判定信号が入力された後の直近のクロックのタイミングまで第２電圧−Ｖ２を積分する。電圧保持信号が入力されると、電圧保持部３１１ｂは、その時点における積分部１１４の積分値（電荷量、電圧値）△Ｖｍを保持し、この保持した回数ｍを計数する。そして、電圧保持部３１１ｂは、この保持した積分値△Ｖｍと積分値の低下割合Ｖ’とを比較し、この比較の結果、この保持した積分値△Ｖｍと積分値の低下割合Ｖ’とが一致する場合に、保持回数ｍを保持回数信号として集計部へ出力する。
【００７８】
一方、この比較の結果、この保持した積分値△Ｖｍと積分値の低下割合Ｖ’とが一致しない場合には、このような電圧保持部３１１ｂによって積分部１１４が積分値△Ｖｍを保持した状態で、次の電波の到来が待機される。次の電波が到来すると、上述の動作が繰り返される。
【００７９】
保持回数信号が入力されると、集計部１１８は、カウンタ値Ｎ２および保持回数ｍを到来方位演算部１３へ出力する。そして、到来方位演算部１３は、第１ないし第４到来時刻計測部１１−１〜１１−４からカウンタ値Ｎ２および保持回数ｍが入力されると、組となる一対のアンテナＡに対応する２個のカウンタ値Ｎ２および保持回数ｍを用いて、組となる一対のアンテナＡ間における到来時間差τを計算し、この計算した到来時間差τから到来方位θを計算する。そして、到来方位演算部１３は、アンテナＡの各組から求めた到来方位θから真の到来方位θを求める。真の到来方位θが求められると、例えば図略の表示装置に到来方位θが表示される。
【００８０】
このように第３の実施形態の他の形態における電波到来方位測定装置３ｂでは、図１０に示すように、積分部１１４の積分値△Ｖｍが積分値の低下割合Ｖ’と一致するまで、電波の到来によって繰り返し動作する。積分値の低下割合Ｖ’と一致した場合における積分部１１４の積分値△Ｖｍ（＝Ｖ’）は、１回の電波の到来によって積分部１１４で積分される積分値を△Ｖ（＝△Ｖ１）とし、保持回数がｍの場合には、Ｖ’＝△Ｖｍ＝ｍ・△Ｖとなる。したがって、前記誤差δは、クロック周期Ｔｃを保持回数ｍで除算することによって求めることができる（δ＝Ｔｃ／ｍ）。このように前記誤差δが求められるので、カウンタ値Ｎ２にクロック周期Ｔｃを乗算した後に、この誤差δを減算することによって、積分部１１４へ入力される電圧が第１電圧Ｖ１から第２電圧−Ｖ２に切り換えられた時刻ｔ６から比較部１１５が判定信号を出力した時刻までの放電時間Ｔ２がより少ない誤差で求めることができる。この結果、第１の実施形態の場合に較べて、到来時間差τがより高精度に測定され、到来方位θがより高精度に測定される。
【００８１】
なお、上述の第１ないし第３実施形態では、第１ないし第４アンテナＡ１〜Ａ４の４個のアンテナを用いたが、平面を形成するように配置された３個のアンテナによっても同様に到来方位θを測定することができ、また、平面を形成するように配置された５個以上のアンテナによっても同様に到来方位θを測定することができる。
【００８２】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１の実施形態における電波到来方位測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す電波到来方位測定装置における到来時刻計測部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す電波到来方位測定装置の動作を説明するための図である。
【図４】図２に示す到来時刻計測部の動作を説明するための図である。
【図５】第２の実施形態の電波到来方位測定装置における到来時刻計測部の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す到来時刻計測部の動作を説明するための図である。
【図７】第３の実施形態の電波到来方位測定装置における到来時刻計測部の構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示す到来時刻計測部の動作を説明するための図である。
【図９】第３の実施形態の他の形態の電波到来方位測定装置における到来時刻計測部の構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す到来時刻計測部の動作を説明するための図である。
【図１１】到来時間差型方位測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８４】
１、２、３ａ、３ｂ  電波到来方位測定装置
１１、２１、３１ａ、３１ｂ  到来時刻計測部
１２  同期制御部
１３  到来方位演算部
１１１  検出部
１１２  スイッチ制御部
１１３  切換スイッチ部
１１４  積分部
１１５  比較部
１１６  パルス発生部
１１７  パルスカウンタ部
１１８  集計部
２１１、３１１ａ、３１１ｂ  電圧保持部
【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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