(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同一周波数帯の到来電波を受信するリファレンスアンテナ及び複数のアンテナ素子を平面上に配列してなるアレーアンテナを備えるアンテナ装置と、
前記アンテナ装置から前記アレーアンテナの各素子の受信出力を順次切り替えて、前記リファレンスアンテナの受信出力と同時に導出するアンテナ切替手段と、
前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナとの同時出力から電波の到来方向を推定し、二次元画像化した到来方向推定結果を出力する到来方向推定処理手段と、
前記到来方向推定処理手段で得られた到来方向を撮像する撮像カメラと、
前記撮像カメラの撮像画像の、前記アレーアンテナの位相中心に対する視差を補正すると共に、前記撮像画像のピクセルごとに対応する方位角及び仰角を測定しておき、この測定結果に前記方位方向推定結果の方位角及び仰角を合わせて、前記到来方向推定結果及び撮像画像を画像合成する画像合成手段と、
前記画像合成手段で生成された合成画像を表示する表示手段と
を具備することを特徴とする電波発射源可視化装置。
【請求項２】
前記到来方向推定処理手段は、電波ホログラフィ法を処理アルゴリズムとして採用することを特徴する請求項１記載の電波発射源可視化装置。
【請求項３】
前記リファレンスアンテナは、前記アレーアンテナの一部のアンテナ素子であることを特徴とする請求項１記載の電波発射源可視化装置。
【請求項４】
互いに同一周波数帯の到来電波を受信するリファレンスアンテナ及び複数のアンテナ素子を平面上に配列してなるアレーアンテナを備えるアンテナ装置から前記アレーアンテナの各素子の受信出力を順次切り替えて、前記リファレンスアンテナの受信出力と同時に導出する過程と、
前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナとの同時出力から電波の到来方向を推定し、二次元画像化した到来方向推定結果を出力する過程と、
前記到来方向推定処理で得られた到来方向を撮像する過程と、
前記撮像された画像の、前記アレーアンテナの位相中心に対する視差を補正すると共に、前記撮像画像のピクセルごとに対応する方位角及び仰角を測定しておき、この測定結果に前記方位方向推定結果の方位角及び仰角を合わせて、前記到来方向推定結果及び撮像画像を画像合成する過程と、
前記画像合成で生成された合成画像を表示する過程と
を具備することを特徴とする電波発射源可視化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、到来する電波の発射源を容易に特定できるように、到来方向の方位角、仰角のように二次元的な到来方向を二次元画像として出力するための電波発射源可視化装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電波発射源を特定するためには、指向性アンテナや電界プローブなどと受信機を用い、受信レベルが最大となる部位を探索し、いわば手探りで電波発射源を特定していた。また、近年では、アレーアンテナ利用の到来方向推定装置等を用いて電波の到来方向を推定し、発射源の近くまで突き止めることも行われている。しかしながら、電波を発射している部位あるいは場所までは特定することは、未だ極めて困難な状況にある。
【０００３】
尚、特許文献１には、電波ホログラフィ法による波源像を可視化する方法及び装置が記載されているが、本発明で課題対象とする電波発射源を容易に特定するための方法及び装置については開示されていない。
【特許文献１】特開平０９−１３４１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上述べたように、従来の電波発射源可視化装置及びその方法では、電波を発射している部位あるいは場所までは特定することは、未だ極めて困難な状況にある。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、電波発射源を視覚的に容易に特定できるよう、到来方向推定結果を二次元画像化し、よりわかりやすく表示することのできる電波発射源可視化装置及びその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】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明に係る電波発射源可視化装置及びその方法は、互いに同一周波数帯の到来電波を受信するリファレンスアンテナ及び複数のアンテナ素子を平面上に配列してなるアレーアンテナを備えるアンテナ装置から前記アレーアンテナの各素子の受信出力を順次切り替えて、前記リファレンスアンテナの受信出力と同時に導出させ、前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナとの同時出力から電波の到来方向を推定し、二次元画像化した到来方向推定結果を表示部に出力する。この際、カメラを推定された電波到来方向に向けて、その撮像画像を二次元画像化された到来方向推定結果と重ね合わせて表示する。
【０００７】
また、前記到来方向推定を行う処理アルゴリズムには、電波ホログラフィ法を採用する。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明によれば、電波発射源を視覚的に容易に特定できるよう、到来方向推定結果を二次元画像化し、よりわかりやすくなるようにカメラ画像を重ねて表示することのできる電波発射源可視化装置及びその方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る電波発射源可視化装置の構成を概略的に示すブロック図である。この装置は、リファレンスアンテナ１０、アレーアンテナ２０、周波数変換部３０、ＡＤ変換部４０、到来方向推定処理部５０、画像合成処理部６０、表示部７０、及びカメラ部８０から構成されている。
【００１１】
リファレンスアンテナ１０、アレーアンテナ２０は、同一周波数帯を測定可能な受信アンテナである。アレーアンテナ２０は、Ｎ個のアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１Ｎを平面上に格子状に配置したもので、アンテナ素子の形状・種類、アンテナ素子の総数、アンテナ素子を配置するための間隔などは、測定対象、測定目的などにより任意である。アレー面の反対側から入射する電波の感度を抑えるため、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１Ｎを配置する平面を反射板とすることも可能である。
【００１２】
尚、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１Ｎのいずれか一つをリファレンスアンテナ１０として利用することも可能である。この場合は、リファレンスアンテナ１０を別に取り付ける機械的な構造が不要となるという利点がある。
【００１３】
アンテナ切替部２１は、アレーアンテナ２０において、順次受信するアンテナ素子を予め決められた順序、間隔で切り替え、選択されたアンテナ素子Ａ１ｉ（ｉは１〜Ｎのいずれか）の受信信号をリファレンスアンテナ１０の受信信号と同時に導出するものである。このように、リファレンスアンテナ１０と選択されたアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１Ｎのうちの一つで同時に導出することにより、後段の到来方向推定処理でリファレンスアンテナ１０と選択されているアンテナ素子Ａ１ｉとの受信波間の位相差を検出することができる。
【００１４】
周波数変換部３０は、到来した電波を増幅するとともに、後段のＡＤ変換部４０においてＡＤ変換可能な中間周波数に変換する。ＡＤ変換部４０は、リファレンスアンテナ１０及びアレーアンテナ２０で選択されたアンテナ素子Ａ１ｉからの受信信号を同時にサンプリングしてＡＤ変換し、デジタル化する。このサンプリングのタイミングとアンテナ切替部２１の切替タイミングは連動しており、タイミング制御部４１によって制御される。ＡＤ変換部４０でデジタル化されたデータは、到来方向推定処理部５０の処理を受けて画像合成処理部６０に送られる。
【００１５】
一方、カメラ部８０は、カメラ撮像方向をアンテナ指向方向に合わせて撮影するもので、例えばアレーアンテナ２０の素子配置面を持つ基台に固定され、アレーアンテナ２０の指向方向がカメラのほぼ視野中心部にくるようにセッティングされる。カメラ部８０の撮像画像は画像合成処理部６０に送られる。画像合成処理部６０は、到来方向推定結果を二次元画像化し、カメラ部８０からの撮像画像と重ね合わせて表示部７０に表示する。
【００１６】
上記構成において、測定は、リファレンスアンテナ１０と選択されたアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１Ｎのうちの一つで同時に測定することにより、後段の到来方向推定処理でリファレンスアンテナ１０と選択されているアンテナ素子Ａ１ｉの受信波間の位相差を検出する。到来方向推定処理部では、電波ホログラフィ法による到来方向推定処理を行う。図２に電波ホログラフィ法による到来方向推定処理の処理フローを示す。
【００１７】
図２において、ステップＳ１１では、リファレンスアンテナ１０とアンテナ素子Ａ１ｉで受信された信号は、周波数変換部３０、ＡＤ変換部４０を経てデジタルデータに変換される。アレーアンテナのアンテナ素子数をＮ個としたとき、リファレンスアンテナ１０のＮ個のデジタルデータとアレーアンテナ２０のＮ個のデジタルデータが得られる。アレーアンテナ２０の素子番号をｉ＝１，…，Ｎとした場合、素子番号ｉについてリファレンスアンテナ１０のデジタルデータとアレーアンテナ２０のデジタルデータが得られる。尚、１素子当たりのデジタルデータをＭサンプルとする。
【００１８】
ステップＳ１２では、ステップＳ１１で得られたデジタルデータをＦＦＴ（高速フーリエ変換）する。ＦＦＴの結果を用いて、到来方向を推定したい周波数範囲について複素相関値を計算する。
【００１９】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で得られた複素相関値から相関マトリクスを得る。相関マトリクスは、アレーアンテナ２０の物理的な配置と同じ配列に複素相関値を配置し、数学上の行列とするものである。
【００２０】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で得られた相関マトリクスの周囲をゼロ埋めして拡張相関マトリクスを得る。拡張相関マトリクスは、例えば２５６×２５６の行列などのように拡張する。
【００２１】
ステップＳ１５では、ステップＳ１４で得られた拡張相関マトリクスについて、二次元ＦＦＴを行う。二次元ＦＦＴを行うことにより、到来方向推定結果を得ることができる。到来方向推定結果としては、到来方向別の推定電波強度を得ることができる。推定電波強度の強い方向に電波発射源があると推定される。二次元ＦＦＴは、例えばまず全ての行ごとに一次元ＦＦＴを行い、その後、全ての列ごとに一次元ＦＦＴを行う。
【００２２】
相関マトリクスを拡張相関マトリクスとする理由は、二次元ＦＦＴを行う際にサンプル数を故意に増やし、到来方向推定分解能を向上させるためである。
【００２３】
画像合成処理部６０では、到来方向推定処理部５０で得られた到来方向推定結果とカメラ部８０で撮影された画像を重ね合わせて合成画像を作成する。予めカメラ画像のピクセルごとに対応する方位、仰角を測定しておき、到来方向推定結果の仰角、方位角を合わせて、合成画像を作成する。
【００２４】
到来方向推定結果は、推定電波強度ごとに色づけすることにより画像化する。合成の方法は、様々な方法があるが、以下に一例を示す。
【００２５】
合成画像を作成する際には、カメラ画像に電波強度の色を一定の割合で足し合わせる。カメラ画像の色合いを赤、緑、青の３原色で数値化し、それぞれＲｃ、Ｇｃ、Ｂｃとし、到来方向推定結果の色をＲｅ、Ｇｅ、Ｂｅとすると、合成後の色Ｒ、Ｇ、Ｂは、割合を７：３とした場合、以下のようになる。  
Ｒ＝（７Ｒｃ＋３Ｒｅ）／１０  
Ｇ＝（７Ｇｃ＋３Ｇｅ）／１０  
Ｂ＝（７Ｂｃ＋３Ｂｅ）／１０
尚、アンテナの位相中心から離れた場所にカメラ部８０を設置する場合は、視差による補正を行うことにより、正確な合成画像を得ることができる。
【００２６】
上記構成の電波発射源可視化装置によれば、到来する電波の到来方向別電波強度が画像化され、カメラ画像と合成して表示するようにしているので、電波の発射源を容易に特定することができるようになる。
【００２７】
本発明は、違法電波の発射源を発見することを目的とする電波監視分野や、機器から発せられる不要輻射の解析など様々な分野で応用可能である。
【００２８】
特に、本発明に係る到来方向推定処理では、二次元可視化に二次元ＦＦＴを用いているため、他の一般に知られているＭＵＳＩＣ法やインターフェロメトリ法に比べ、高速に処理を行うことができる（ＭＵＳＩＣ法やインターフェロメトリ法は、到来方向を検出する際に、細かい角度間隔で走査する必要があるため、計算量が多く、特に二次元可視化には、不向きである。）。
【００２９】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る一実施形態の電波発射源可視化装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す到来方向推定処理部の処理の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３１】
１０…リファレンスアンテナ、２０…アレーアンテナ、Ａ１１〜Ａ１Ｎ…アンテナ素子、２１…アンテナ切替部、３０…周波数変換部、４０…ＡＤ変換部、５０…到来方向推定処理部、６０…画像合成処理部、７０…表示部、８０…カメラ部。
【図１】
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【図２】
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