(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オムニアンテナと、
振幅利得関数がこのオムニアンテナの振幅利得関数と２点で交わる指向性アンテナと、
この指向性アンテナのアンテナパターン特性の方向を所定角度毎に回転させる第１のアンテナパターン回転手段と、
１つのナル方向を持つ虚像抑圧用アンテナと、
この虚像抑圧用アンテナのアンテナパターン特性の方向を所定角度毎に回転させる第２のアンテナパターン回転手段と、
第１のアンテナパターン回転手段により回転される所定角度毎の指向性アンテナの受信信号とオムニアンテナの受信信号の差分値の逆数を求め、第２のアンテナパターン回転手段により回転される所定角度毎の虚像抑圧用アンテナの受信信号と差分値の逆数を乗算処理し、その結果を方位評価関数とする評価関数計算手段と、
この方位評価関数が最大となるピークを検出するピーク検出手段と、
ピーク検出手段の出力から電波の入射方向を求める方向探知手段とを備えたことを特徴とする電波方向探知装置。
【請求項２】
指向性アンテナは、カージオイド特性を有するカージオイドアンテナであり、
虚像抑圧用アンテナはそのナル方向が指向性アンテナより９０度遅れたカージオイド特性を有するカージオイドアンテナであり、
評価関数計算手段は、上記指向性アンテナの受信信号と上記オムニアンテナの受信信号からそれらの電力または振幅に関する差分を計算する差分手段と、上記虚像抑圧用アンテナの受信信号の電力を求める電力計算手段と、上記差分手段の出力の逆数を求める逆数計算手段と、上記電力計算手段の出力と上記逆数計算手段の出力の積を求める乗算手段とを具備し、上記２つのアンテナパターン回転手段の回転角度ごとに上記乗算手段の出力を方位評価関数とする構成にされたことを特徴とする請求項１記載の電波方向探知装置。
【請求項３】
オムニアンテナと、
振幅利得関数がこのオムニアンテナの振幅利得関数と２点で交わる指向性アンテナとしてのカージオイド特性を有するカージオイドアンテナと、
このカージオイドアンテナのアンテナパターン特性の方向を所定角度毎に回転させる第１のアンテナパターン回転手段と、
１つのナル方向を持ち、そのナル方向が指向性アンテナより９０度進んだカージオイド特性を有する虚像抑圧用アンテナとしてのカージオイドアンテナと、
この虚像抑圧用アンテナのアンテナパターン特性の方向を所定角度毎に回転させる第２のアンテナパターン回転手段と、
上記指向性アンテナと上記オムニアンテナの受信信号からそれらの電力または振幅に関する差分値を計算し、他方、上記虚像抑圧用アンテナの受信信号の電力を求め、上記差分値と上記虚像抑圧用アンテナの受信信号の電力を加算し、上記２つのアンテナパターン回転手段の回転角度ごとにこの加算値を求め、方位評価関数とする評価関数計算手段と、
この方位評価関数が最小となる値をピークとして検出するピーク検出手段と、
ピーク検出手段の出力から電波の入射方向を求める方向探知手段とを備えたことを特徴とする電波方向探知装置。
【請求項４】
上記指向性アンテナは、カージオイド特性を有するカージオイドアンテナであり、
上記虚像抑圧用アンテナはそのナル方向が指向性アンテナより９０度進んだカージオイド特性を有するカージオイドアンテナであり、
評価関数計算手段は、上記指向性アンテナと上記オムニアンテナの受信信号からそれらの電力または振幅に関する差分を計算する差分手段と、上記虚像抑圧用アンテナの受信信号の電力を求める電力計算手段と、上記差分手段の出力と上記電力計算手段の出力を加算する加算手段と、上記加算手段の出力の逆数を求める逆数計算手段とを具備し、上記２つのアンテナパターン回転手段の回転角度ごとに上記逆数計算手段の出力を方位評価関数とする構成にされたことを特徴とする請求項１記載の電波方向探知装置。
【請求項５】
上記各アンテナの受信信号を入力し入射波の波数を推定する入射波数推定手段を備え、上記入射波数推定手段の出力から入射波が１波である場合に電波の入射方向を推定する構成にされたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電波方向探知装置。
【請求項６】
カージオイド特性を有するカージオイドアンテナと、
上記カージオイド特性の方位を回転させるアンテナパターン回転手段と、
オムニアンテナと、
上記アンテナパターン回転手段の回転角度毎に方位評価関数を出力する評価関数計算手段と、
上記方位評価関数の最小値を検出するピーク検出手段と、
上記ピーク検出手段の出力から電波の入射方向を求める方向探知手段とを備え、
上記評価関数計算手段は、係数設定手段と、上記オムニアンテナの受信信号に上記係数設定手段で設定される係数を乗じる乗算器と、上記カージオイドアンテナの受信信号と上記乗算器の出力の差分を計算する減算手段と、上記減算手段の出力信号の電力を求める電力計算手段とを具備し、上記アンテナパターン回転手段の回転角度と上記乗算器で乗じる係数を変化させる毎に上記電力計算手段の出力を方位評価関数とする構成にされたことを特徴とする電波方向探知装置。
【請求項７】
カージオイド特性を有するカージオイドアンテナと、
上記カージオイド特性の方位を回転させるアンテナパターン回転手段と、
オムニアンテナと、
上記アンテナパターン回転手段の回転角度毎に方位評価関数を出力する評価関数計算手段と、
上記方位評価関数が最大となるピークを検出するピーク検出手段と、
上記ピーク検出手段の出力から電波の入射方向を求める方向探知手段とを備え、
上記評価関数計算手段は、係数設定手段と、上記オムニアンテナの受信信号に上記係数設定手段で設定される係数を乗じる乗算器と、上記カージオイドアンテナの受信信号と上記乗算器の出力の差分を計算する減算手段と、上記減算手段の出力信号の電力を求める電力計算手段と、上記電力計算手段の出力の逆数を求める逆数計算手段とを具備し、上記アンテナパターン回転手段の回転角度と上記乗算器で乗じる係数を変化させる毎に上記逆数計算手段の出力を方位評価関数とする構成にされたことを特徴とする電波方向探知装置。
【請求項８】
上記各アンテナの受信信号を入力し入射波の波数を推定する入射波数推定手段を備え、上記入射波数推定手段の出力から入射波が１波または２波である場合に方位を推定する構成にされたことを特徴とする請求項６または請求項７記載の電波方向探知装置。
【請求項９】
入射波数推定手段は、上記ピーク検出手段の出力に現れるピークの数から入射波数が１波か２波かを判定することを特徴とする請求項８記載の電波方向探知装置。
【請求項１０】
上記カージオイドアンテナに代わり電波の入射方向に応じてゲインが異なり、１つの極大値と１つの極小値をもつパターンのアンテナを備えたことを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の電波方向探知装置。
【請求項１１】
上記カージオイドアンテナに代わりカージオイド特性からオフセットしたゲイン特性を持つアンテナを備えたことを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の電波方向探知装置。
【請求項１２】
アンテナパターン回転手段は、電気的にアンテナパターンを回転することを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の電波方向探知装置。
【請求項１３】
アンテナパターン回転手段は、カージオイド特性を有しそのナル方向が９０度だけ異なる２つのカージオイドアンテナそれぞれの受信信号からオムニアンテナの受信信号を減算する２つの減算手段と、上記２つの減算手段の出力信号に回転させる角度に応じて定められる別々の係数を乗じ, 別個の係数が乗算された上記２つの減算手段の出力信号を別々に出力する荷重手段と、上記荷重手段からの２つの出力を合成する合成手段とを備えたことを特徴とする請求項１２記載の電波方向探知装置。
【請求項１４】
評価関数計算手段は、その出力を入力し、移動平均処理を施す移動平均手段を更に備え、この移動平均手段の出力を方位評価関数とする構成にされたことを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の電波方向探知装置。
【請求項１５】
評価関数計算手段は、その出力を入力するローパスフィルタを備え、上記ローパスフィルタの出力を方位評価関数とする構成にされたことを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の電波方向探知装置。
【請求項１６】
評価関数計算手段は、同一角度で複数の方位評価関数を算出し、その複数の方位評価関数を入力して平均処理を行う平均手段を備え、この平均手段の出力を方位評価関数とする構成にされたことを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の電波方向探知装置。
【請求項１７】
オムニアンテナは、対称に配置された２つまたは４つのカージオイド特性を有するアンテナとそれらの信号合成手段で構成されたことを特徴とする請求項１乃至１６の何れかに記載の電波方向探知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、オムニアンテナと、振幅利得関数がこのオムニアンテナの振幅利得関数と２点で交わる指向性アンテナ等を用いて、電波の到来方向を探知する電波方向探知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の電波方向探知装置として、例えば特開昭60−147666「方向探知機の空中線装置」がある。上記文献の電波方向探知装置では、４つのカージオイドアンテナを備え、そのナル方向を90度間隔で配置した構成を有し、これらのアンテナを電気的に切替えることにより、カージオイド特性から出力信号として振幅変調された信号が得、この位相から電波方向を探知するものである。
【０００３】
上記電波方向探知装置では、原理的には正弦波系であるカージオイド特性から４つのサンプルを抽出し、その正弦波形の位相を抽出している処理であるから、まず、サンプル数が少ないために得られる正弦波形の精度が悪いという問題点がある。また、正弦波形は滑らかな形状をしていて鋭敏な形状をしていないので、推定される位相は大きな誤差を持ちやすい。このため、推定される電波方向の精度が悪いという課題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開昭60−147666号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電波方向探知装置では、４つのカージオイド特性のアンテナを電気的に切替え、その結果として得られる振幅変調された信号の位相から電波方向を検出するため、推定するためのサンプル数が少なく、振幅変調が滑らかなために検出される位相は誤差を持ちやすく、結果として推定される電波方向の精度が悪いという課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アンテナパターン回転手段により、振幅利得関数がオムニアンテナの振幅利得関数と２点で交わる指向性アンテナを回転させ、この指向性アンテナとオムニアンテナの差パターンまたは電力差を利用して、電波の入射方向において鋭敏なピークを有する評価関数を導出し、精度の良い電波方向探知装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電波方向探知装置は、オムニアンテナと、振幅利得関数がこのオムニアンテナの振幅利得関数と２点で交わる指向性アンテナと、この指向性アンテナのアンテナパターン特性の方向を所定角度毎に回転させる第１のアンテナパターン回転手段と、１つのナル方向を持つ虚像抑圧用アンテナと、この虚像抑圧用アンテナのアンテナパターン特性の方向を所定角度毎に回転させる第２のアンテナパターン回転手段と、第１のアンテナパターン回転手段により回転される所定角度毎の指向性アンテナの受信信号とオムニアンテナの受信信号の差分値の逆数を求め、第２のアンテナパターン回転手段により回転される所定角度毎の虚像抑圧用アンテナの受信信号と差分値の逆数を乗算処理し、その結果を方位評価関数とする評価関数計算手段と、この方位評価関数が最大となるピークを検出するピーク検出手段と、ピーク検出手段の出力から電波の入射方向を求める方向探知手段とを備える。
【０００８】
また、この発明に係る電波方向探知装置は、カージオイド特性を有するカージオイドアンテナと、上記カージオイド特性の方位を回転させるアンテナパターン回転手段と、オムニアンテナと、上記アンテナパターン回転手段の回転角度毎に方位評価関数を出力する評価関数計算手段と、上記方位評価関数が最大となるピークを検出するピーク検出手段と、上記ピーク検出手段の出力から電波の入射方向を求める方向探知手段とを備え、上記評価関数計算手段は、係数設定手段と、上記オムニアンテナの受信信号に上記係数設定手段で設定される係数を乗じる乗算器と、上記カージオイドアンテナの受信信号と上記乗算器の出力の差分を計算する減算手段と、上記減算手段の出力信号の電力を求める電力計算手段と、上記電力計算手段の出力の逆数を求める逆数計算手段とを具備し、上記アンテナパターン回転手段の回転角度と上記乗算器で乗じる係数を変化させる毎に上記逆数計算手段の出力を方位評価関数とする構成にされたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電波方向探知装置は、アンテナパターン回転手段により、細かい角度刻みでアンテナパターンを回転させることが可能であり、回転角度毎に方向評価関数を演算し、この方向評価関数が電波の入射方向において急峻なピークを持つことから、高精度な電波方向探知ができる。
【００１０】
また、本発明の電波方向探知装置は、カージオイドアンテナとオムニアンテナに係数を乗じたパターンの差パターンに生じるナルを利用して方位評価関数を計算するようにしたので、方位評価関数は電波の入射方向対応した位置で鋭敏なピークを示し、高精度な電波方向探知ができ、さらに、２波の入射波が受信される場合にも方向探知が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の電波方向探知装置の実施の形態１を示す構成図である。図１において、１および２はカージオイド特性を有するカージオイドアンテナであって、それぞれナルを有しており、この方向はカージオイドアンテナ２のカージオイド特性はナルがカージオイドアンテナ１のナルに対して90degだけ遅れている。５はオムニアンテナである。オムニアンテナとは全方向性のアンテナのことである。９は上記カージオイドアンテナ１及び２のアンテナパターンを機械的または電気的にそれぞれ回転することができる２つのアンテナパターン回転手段、１４はカージオイドアンテナ１とオムニアンテナ５の受信信号の差分を計算する差分手段としての減算手段、１５はそれぞれ入力された信号の電力を求める２つの電力計算手段、６は減算手段１４の出力の電力の逆数を求める逆数計算手段、７は逆数計算手段６の出力と上記カージオイドアンテナ２の出力に係る電力計算手段１５の出力を乗算する乗算手段、１０は入力される評価関数のピークを検出するピーク検出手段、１１は上記ピークから電波の入射方向を求める方向探知手段である。８は減算手段１４と電力推定手段１５と逆数計算手段６と乗算手段７で構成される評価関数計算手段である。また、１２は入射波数を推定する入射波数推定手段である。カージオイドアンテナ１、２とオムニアンテナ５の受信信号をそれぞれｘ１(ｔ)，ｘ２(ｔ)，ｘ5(ｔ)とする。これらの信号の表記式におけるｔは時間を表す因子である。 
【００１２】
座標軸ｘ、ｙを図１のように定め、ｘ軸からの角度をθとするとき、カージオイドアンテナ１および２の角度θに対する振幅利得関数ｇ１(θ)、ｇ２(θ)はカージオイド特性に従い次式に定めるようになるようカージオイドアンテナ１および２が配置されている。
【００１３】
【数１】
0004712305.tif 000002
【００１４】
また、オムニアンテナ５の振幅利得関数は次式のようになる。
【００１５】
【数２】
0004712305.tif 000003
【００１６】
なお、オムニアンテナ５は別途に備えず、例えば、式(4)と式(5)に示すような振幅利得関数を持つカージオイドアンテナをそれぞれ備え、式(6)や式(7)のように振幅利得関数の特性が対称である２つのアンテナの受信信号を合成したものは全方向性（オムニディレクショナル）となるので、これを用いても良い。また、式(8)に示すように４つのカージオイドアンテナの受信信号を合成したものを用いてもよい。
【００１７】
【数３】
0004712305.tif 000004
【００１８】
これらを図示すると図２のようになる。この図から、カージオイドアンテナ１と２はそれぞれ270deg，180deg方向でナルを有しており、90degだけ異なっていることが分かる。また、カージオイドアンテナ１とオムニアンテナ５の振幅利得は、0degと180deg方向で一致していることが分かる。すなわちカージオイドアンテナ１とオムニアンテナ５の差パターンでは0degと180deg方向でナルを有することが分かる。
【００１９】
これらのアンテナのアンテナパターンは、アンテナパターン回転手段９により角度θと同方向に角度φだけ回転できるようになっており、回転後のアンテナパターンは次式のようになる。
【００２０】
【数４】
0004712305.tif 000005
【００２１】
これは、機械的に回転しても良いし、次に示すように電気的に回転させることもできる。式(9)と式(10)は式(11)と式(12)のように変形できるので、カージオイドアンテナ１および２とオムニアンテナ５の受信信号と、回転させたい角度に応じて生成する式(13)と式(14)に示す荷重w1，w2を用いることでカージオイドアンテナ１、２の回転させたい角度に応じたアンテナパターンを生成することができる。例えば、式(11)の処理を具体的に記述すると、カージオイドアンテナ１の受信信号からオムニアンテナ５の受信信号を減算した信号と、カージオイドアンテナ２の受信信号からオムニアンテナ５の受信信号を減算した信号の２つを生成し、それぞれに荷重w2とw1を乗算する。前者の乗算後の信号から後者の乗算後の信号を減算し、オムニアンテナ５の受信信号を加算することにより生成する。式(12)の演算も受信信号の加減算処理と荷重の乗算により同様に行うことができる。以上から、カージオイドアンテナのアンテナパターンは電気的に回転させることができる。
【００２２】
【数５】
0004712305.tif 000006
【００２３】
以上説明したように本実施の形態では、カージオイド特性を有するアンテナパターンを回転させるので、細かい角度刻みでアンテナパターンを回転させることができ、複数のアンテナを切り替える従来技術よりも高精度にアンテナパターンを回転させることができる。
【００２４】
ここで、１波の入射波の時間波形をｓ1（t）とし、この入射波が方位θ1から入射する場合について考える。このとき、各アンテナの受信信号は次式のようになる。
【００２５】
【数６】
0004712305.tif 000007
【００２６】
減算手段１４では、式(15)に示すカージオイドアンテナ１の受信信号から式(17)に示すオムニアンテナ５の受信信号を減算する。
【００２７】
【数７】
0004712305.tif 000008
【００２８】
減算後の信号は式(18)からカージオイドアンテナ１の振幅利得が１となる方位で0となることが分かる。すなわち、φ＝θ1とφ＝θ1＋πとなるとき減算手段１４の出力信号の電力は0となる。φを変化させながら電力計算手段１５で減算手段の出力信号の電力を求めるとその出力値は前述のようにφ＝θ1とφ＝θ1＋πのとき０となる。この電力計算手段１５の出力値が0となるφを見つけるために、逆数計算手段６を用いて電力値の逆数を求める。入射波がθ1＝0[deg]の場合にφに対する逆数計算手段の出力値を示したものが、図３である。この図に示すように入射方向0[deg]および180[deg]方向で鋭敏なピークが現れていることが分かる。しかしながら、この図からは偽像である 180[deg]方向のピークと真の入射方向である0[deg]方向のピークを区別することが出来ない。
【００２９】
このような偽像を抑圧するため、カージオイドアンテナ２の受信信号を利用する。カージオイドアンテナ２の受信信号は式(16)で与えられ、これはφ＝θ1+πで０となる。すなわち、カージオイドアンテナ２の受信信号の出力信号の電力を求める電力推定手段１５の出力値はφ＝θ1+πで0となるので、逆数計算手段６の出力値と乗算手段７で乗算することにより、φ＝θ1+πに生じる偽像のピークを抑圧することができる。φに対する乗算手段７の出力値を方位評価関数として示したものが図４である。この図から分かるように入射波の入射角度において鋭敏なピークが得られていることが分かる。このピークをピーク検出手段１０で検出し、方向探知手段１１でピークの位置から電波の入射方向を求めることができる。
【００３０】
以上のように図１に示す方位評価関数計算手段８は、回転角度φに対応する乗算手段７の出力値を方位評価関数として導出している。数式で示すと、φに対する減算手段１４の出力信号の電力値をPd(φ)とし、カージオイドアンテナ２の出力信号の電力をP2(φ)とすると、方位評価関数e(φ)は次式で与えられる。
【００３１】
【数８】
0004712305.tif 000009
【００３２】
なお、ここでは、減算手段１４の出力信号の電力値Pd(φ)を求めているが、φに対するカージオイドアンテナ１の受信信号の電力P1(φ)とオムニアンテナ５の受信信号の電力P5(φ)を求め、これらを用いて例えば式（２０−１）や式（２０−２）、式（２０−３）のように計算してもよい。
【００３３】
【数９】
0004712305.tif 000010
【００３４】
本実施の形態は、入射波が１波の場合だけ有効であり、２波以上到来する場合には、入射方向推定結果の誤差が増大してしまうので、図１に示すように入射波数推定手段１２を備え、入射波数推定手段１２の推定結果が入射波１波の場合だけ入射方向推定を行い２波以上到来場合は入射方向推定を行わないように構成してもよい。入射波数は例えば、複数のアンテナの受信信号から相関行列を求め、その固有値の大きさから推定することができる。この他、周波数領域で分離されている信号はフーリエ変換により周波数領域で入射波数を推定してもよい。
【００３５】
また、コード多重通信など、マッチドフィルタにより分離可能な信号の場合、分離後に方向探知を行うことにより、複数波が到来する場合にも有効に入射方向を推定することができる。
【００３６】
本実施の形態の電波方向探知装置は、アンテナパターン回転手段により、細かい角度刻みでアンテナパターンを回転させることが可能であり、また、カージオイドアンテナとオムニアンテナの差パターンに生じるナルを利用して方位評価関数を計算するようにしたので、方位評価関数は電波の入射方向において鋭敏なピークを示し、高精度な電波方向探知ができる効果がある。
【００３７】
実施の形態２．
図５は実施の形態２の電波方向探知装置を示す構成図である。
実施の形態２では、θ=０度方向にナルを有するカージオイドアンテナ４を備え、方位評価関数計算手段８の構成として減算手段１４と、電力計算手段１５と、加算手段１３と逆数計算手段６を備えた構成となっている。その他の構成要素は実施の形態１と同様である。
【００３８】
本実施の形態では、カージオイドアンテナ１の受信信号からオムニアンテナ５の受信信号を減算する減算手段１４の出力値が０となるφ＝θ1+πの偽像を抑圧するため、カージオイドアンテナ４の受信信号を用いる。カージオイドアンテナ４の振幅利得関数ｇ4(θ)は、式(21)のようになり、アンテナパターン回転手段９により角度φだけ回転させた振幅利得関数は式(22)のようになる。
【００３９】
【数１０】
0004712305.tif 000011
【００４０】
式(22)から、１波の入射波s1(t)がθ1の方向から入射する場合、カージオイドアンテナ４の受信信号x4(t)は次式のようになる。
【００４１】
【数１１】
0004712305.tif 000012
【００４２】
受信信号x4(t)の電力は、φ＝θ1で０となり、φ＝θ1+πでは、非零の値を持つことが分かる。そこで、減算手段１４の出力信号の電力とカージオイドアンテナ４の受信信号の電力が加算した場合、φ＝θ1においてだけ０となることが分かる。角度φに対する減算手段１４の出力信号の電力をPd(φ)、カージオイドアンテナ４の受信信号の電力をP4(φ)とすると、評価関数をe(φ)を式(24)に示すように設定し、ピーク検出手段１０において評価関数が最小となるピークを検出し、方向探知手段１１においてピークの対応する回転角度φから電波の入射方向を検出することができる。
【００４３】
【数１２】
0004712305.tif 000013
【００４４】
実施の形態１の場合のように加算手段１３の出力の逆数を計算する逆数計算手段６を備え、このピークを検出するように構成してもよい。この場合式(25)に示すような方位評価関数を用いる。これにより方位評価関数においてより鋭敏なピークが得られ高精度な電波方向探知が可能となる。
【００４５】
【数１３】
0004712305.tif 000014
【００４６】
また、偽像の抑圧のための原理として同じであれば、他の評価関数を用いてもよい。例えば方位評価関数をカージオイドアンテナ１の受信信号の電力P1(φ)とオムニアンテナ５の受信信号の電力P5(φ)を用いて、式(26-1)と式(26-2)や式(27-1)と式(27-2)のように求めても、同様に高精度な電波方向探知が可能である。なお、式(26-1)と式(26-2)の場合ピーク検出手段は最小となるピークを、式(27-1)と式(27-2)の場合は最大となるピークをそれぞれ検出する。
【００４７】
【数１４】
0004712305.tif 000015
【００４８】
本実施の形態も実施の形態１と同様に入射波が１波の場合だけ有効であり、２波以上到来する場合には、入射方向推定結果の誤差が増大してしまう。そこで入射波数推定手段１２を備え、入射波が１波の場合だけ入射方向推定を行うように構成してもよい。
【００４９】
以上説明したように本実施の形態の電波方向探知装置は、カージオイドアンテナとオムニアンテナの差パターンに生じるナルを利用して方位評価関数を計算するようにしたので、方位評価関数は電波の入射方向において鋭敏なピークを示し、実施の形態１と同様に高精度な電波方向探知ができる効果がある。
【００５０】
実施の形態３．
図６は実施の形態３の電波方向探知装置を示す構成図である。図６において、１６は係数設定手段、１７は乗算手段である。既に説明した構成部分については説明を省略する。
【００５１】
実施の形態３では、カージオイドアンテナ２の受信信号をアンテナパターン回転手段９を用いて角度φだけ回転させることができる。ここで、アンテナパターンを電気的に回転させる場合には、実施の形態１で説明したようにカージオイドアンテナ１の受信信号とカージオイドアンテナ２の受信信号を回転角度に応じた係数を乗じて合成することにより生成する。カージオイドアンテナ２のアンテナパターンをφだけ回転させた後の振幅利得関数g2(θ-φ)は図７の実線で示す。これは、数式では式(28)のようになり、入射波s1(t)，s2(t)が入射方向θ1，θ2から入射する場合の受信信号x2(t)は式(29)のようになる。
【００５２】
【数１５】
0004712305.tif 000016
【００５３】
次にオムニアンテナ５の受信信号に対して係数設定手段１６により生成される係数ｋを乗算手段７により乗じる。オムニアンテナ５の振幅利得関数は１なので、これに係数ｋを乗じた場合の振幅利得は図７の波線のように直線になり、カージオイドアンテナ２の振幅利得関数とは２つの交点を持つことが分かる。係数ｋを変化することにより、この交点の間隔を変化させることができる。例えばこの間隔をθdに設定する場合、係数ｋは次式のように設定すればよい。
【００５４】
【数１６】
0004712305.tif 000017
【００５５】
減算手段１４では、カージオイドアンテナ２の受信信号から、オムニアンテナ５の受信信号に係数ｋを乗じた信号を減算する。２つの入射波が受信される場合、減算手段１４の出力信号xd(t)は式(31)のようになる。
【００５６】
【数１７】
0004712305.tif 000018
【００５７】
式(31)から、出力信号xd(t)の電力が最小となるのは、式(32)と式(33)が同時に満たされる場合であり、この条件はカージオイド２のパターンとオムニアンテナ５に係数ｋを乗じたパターンの差パターンにおける２つのナル方向と２つの入射波の入射方向θ1，θ2が一致した場合に他ならない。
【００５８】
【数１８】
0004712305.tif 000019
【００５９】
回転角φと係数ｋを変化させることにより差パターンにおける２つのナルの間隔θdを変化させて、出力信号xd(t)の電力が最小となるφとθdを検出する。このため、電力計算手段１５により減算手段１４の出力信号の電力を求め、鋭敏なピークを得るため逆数計算手段６により逆数を求める。この結果、図８に示すような回転角φと間隔θdの２つの変数に対する方位評価関数が求められる。なお、図８は、θ1＝20[deg]，θ2＝60[deg]の場合である。ピーク検出手段１０では、方位評価関数の最大となるピークを検出し、方向探知手段１１では、ピークが得られる回転角と方位間隔θdから、２波の方位を次式に従って出力する。
【００６０】
【数１９】
0004712305.tif 000020
【００６１】
図８のように鋭敏なピークを得る事ができるので、高精度な方向探知が可能である。なお、ここでは逆数計算手段６を用いたが、電力計算手段１５の出力を方位評価関数とし、これが最小となるピークを検出するようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施の形態は、２波以下の入射波が受信される場合に適しているので、前述の実施の形態と同様に入射波数推定手段１２を備えるように構成して、入射波が１波または２波の場合だけ入射方向推定を行うように構成してもよい。
【００６３】
なお、本実施の形態に１波の入射波が受信される場合には、方向間隔θdを固定し、回転角φを変化させた方位評価関数において、方向間隔θdと一致した角度差で２つのピークが得られるので、１つのピークしか得られない２波入射している場合と識別することが可能である。
【００６４】
以上説明したように本実施の形態の電波方向探知装置は、カージオイドアンテナとオムニアンテナに係数を乗じたパターンの差パターンに生じるナルを利用して方位評価関数を計算するようにしたので、方位評価関数は電波の入射方向対応した位置で鋭敏なピークを示し、実施の形態１と同様に高精度な電波方向探知ができる効果がある。また、本実施の形態では、２波の入射波が受信される場合にも方向探知が可能であるという効果がある。
【００６５】
実施の形態４．
実施の形態１および２では、カージオイド特性を有するアンテナを用いる例について示したが、カージオイドアンテナとオムニアンテナの差パターンにおけるナルを利用しているので、例えば、カージオイド特性からずれたアンテナであっても図９や図１０に示すように、そのアンテナの振幅利得関数がオムニアンテナのそれと２点で交点を持つアンテナであれば差パターンを形成するためのアンテナとして用いることができる。また、偽像を抑圧するために用いるアンテナもカージオイド特性のうち１つの方向にナルを有している特性を利用しているだけなので、１つのナル方向を持つアンテナであればカージオイド特性に代えて用いることができる。
【００６６】
実際には完全なカージオイド特性のアンテナを実現することは難しく、例えば振幅利得関数が式(35)で与えられるような誤差Δを持つアンテナとなる場合が多い。しかしこの場合でも、式(35)はΔによらず、θ＝０degと180 degで１となるのでカージオイド特性を持つアンテナと同様に用いることができる。例えば、図９はΔ＝0．2とした場合の振幅利得関数特性を示したものであるが、破線で示すオムニアンテナの振幅利得関数と０度方向と180度方向で交点を持つので、差パターンを形成するためのアンテナとして利用できることが分かる。
【００６７】
【数２０】
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【００６８】
また、実施の形態３において用いられるカージオイドアンテナは、振幅利得関数として１つの極大値と１つの極小値をもつようなパターンであれば、オムニアンテナに係数を乗じたパターンとの差パターンのナルが２方向存在し、この方向角度差を変化させることができるので、カージオイドアンテナに代えて用いることができる。
【００６９】
以上説明したように、カージオイドアンテナの代わりにカージオイド特性からΔだけオフセットした振幅利得関数を持つアンテナや、オムニアンテナの振幅利得関数との交点を２つ持つアンテナを代わりに用いることができるので、実施の形態１や実施の形態２の効果に加え、製造上実現しやすいという効果がある。
【００７０】
また、実施の形態４においては、１つの極大値と１つの極小値を持つアンテナをカージオイドアンテナに代えて用いることができるので、実施の形態３の効果に加え、製造上実現しやすいという効果がある。
【００７１】
実施の形態５．
これまでの説明では、雑音が存在しない場合について説明してきたが、実際には雑音が付加される場合には、例えば図１1に示すように、方位評価関数が乱れた状態となり、ピークを検出することが難しくなったり、誤差が増大してしまう問題がある。
【００７２】
これに対し、本実施の形態では、方位評価関数を入力し、回転角度φ方向に対して移動平均処理を施す移動平均手段（図示せず）を備える。これは、例えば注目するφの前後のデータの平均値をφに対応した新たな方位評価関数として用いている。図１２は、図１１の方位評価関数に対して移動平均処理を施した場合の例である。図１２から分かるように移動平均処理により方位評価関数は滑らかな曲線となり、検出されるピークの位置誤差も減少させることができる。
【００７３】
移動平均処理手段に代えて、例えばローパスフィルタを用いることによっても、方位評価関数を平滑化させることができる。
【００７４】
また、移動平均処理ではなく、複数回方位評価関数を算出し、これを平均して方位評価関数を算出する平均手段によっても雑音の影響を除去した方位評価関数を得ることができる。
【００７５】
以上説明したように、雑音が付加された場合においても、移動平均手段やローパスフィルタ、複数回算出した方位評価関数の平均を求める平均手段などを備えることにより、雑音の影響を除去することができ、高精度な電波方向探知を行うことができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
不法電波監視装置や漁船の衝突防止装置および電波ブイの探知装置などに用いられる電波方向探知装置に適用され、高精度に電波の入射方向を探知する。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】この発明の電波方向探知装置の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】カージオイドアンテナとオムニアンテナの電波入射角に対する振幅利得特性図である。
【図３】実施の形態１における逆数計算手段の出力値を示す特性図である。
【図４】実施の形態１における乗算手段の出力値を方位評価関数として示した特性図である。
【図５】実施の形態２の電波方向探知装置を示す構成図である。
【図６】実施の形態３の電波方向探知装置を示す構成図である。
【図７】実施の形態３における乗算手段の出力特性図である。
【図８】実施の形態３における逆数計算手段の出力特性図である。
【図９】実施の形態４に使用可能なアンテナの特性図である。
【図１０】実施の形態４に使用可能な別なアンテナの特性図である。
【図１１】雑音が付加された場合の回転角φに対する乗算手段の出力値を方位評価関数として示した特性図である。
【図１２】雑音が付加された方位評価関数に対し移動平均処理を施した場合の特性図である。
【符号の説明】
【００７８】
１、２、４：カージオイドアンテナ、５：オムニアンテナ、６：逆数計算手段、７、１７：乗算手段、８：評価関数計算手段、９：アンテナパターン回転手段、１０：ピーク検出手段、１１：方向探知手段、１２：入射波数推定手段、１３：加算手段、１４：減算手段、１５：電力計算手段、１６：係数設定手段。
【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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【図１２】
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