(57)【要約】【課題】電波源から発生する電波の波長が比較的長い場合でも電波源を特定でき、かつ持ち運びに適する電波発射源検知装置を提供する。【解決手段】電波発射源検知装置は、電波源からの電波を受信する第１アンテナと、電波源からの電波を受信し、第１アンテナに対する相対的な位置関係が任意に変更される第２アンテナと、第１のアンテナに対する第２のアンテナの相対的な位置関係を検出するための信号を出力する第２アンテナ位置検出部と、第１アンテナが向いている方向の風景を撮像する撮像部と、画像を表示する表示部と、第１アンテナ、第２アンテナ、及び第２アンテナ位置検出部の出力に基づいて仮想アレイアンテナを算出し、仮想アレイアンテナの受信信号から電波源からの電波の到来方向を推定し、撮像部が撮像した風景画像の到来方向に対応する位置に電波源を示す画像を重ね合わせて表示部に表示させる制御部と、を備える。【選択図】図１
2016057117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波源からの電波を受信する第１アンテナと、
前記電波源からの電波を受信し、前記第１アンテナに対する相対的な位置関係が任意に変更される第２アンテナと、
前記第１アンテナに対する前記第２アンテナの相対的な位置関係を検出するための信号を出力する第２アンテナ位置検出部と、
前記第１アンテナが向いている方向の風景を撮像する撮像部と、
画像を表示する表示部と、
前記第１アンテナ、前記第２アンテナ、及び前記第２アンテナ位置検出部の出力に基づいて仮想アレイアンテナを算出し、前記仮想アレイアンテナの受信信号から前記電波源からの電波の到来方向を推定し、前記撮像部が撮像した風景画像の前記到来方向に対応する位置に前記電波源を示す画像を重ね合わせて前記表示部に表示させる制御部と、
を備える電波発射源検知装置。
【請求項２】
前記第１アンテナは、
前記電波源に対して位置が相対的に固定され、
前記第２アンテナは、
前記第２アンテナ位置検出部と共に前記電波源に対して変位する請求項１記載の電波発射源検知装置。
【請求項３】
前記表示部は、
前記第１アンテナが設けられる本体部に設置される請求項２記載の電波発射源検知装置。
【請求項４】
前記表示部は、
前記第２アンテナが設けられる本体部に設置される請求項２記載の電波発射源検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電波発射源検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、違法な電波を発生させている電波源を特定する必要があることがある。この場合、電波の到来方向を推定する到来方向推定装置と、風景を撮像する撮像装置と、を備える検知装置が用いられる。到来方向推定装置は複数の受信素子を含むアレイアンテナを備える。この検知装置は、野外に持ち出されて使用される。
【０００３】
通信に用いられる電波の波長がＧＨｚ帯である場合、アレイアンテナの間隔は比較的狭くて済み、検知装置の大きさは野外に持ち出せる大きさに収まる。
【０００４】
しかし、通信に使用される電波の波長がＵＨＦ帯のように長い場合、アレイアンテナの受信素子の間隔を広げる必要があるため、検知装置の筐体の大きさが大きくなり、持ち運びに不便なものとなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１９５０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、電波源から発生する電波の波長が比較的長い場合でも電波源を特定でき、かつ持ち運びに適する電波発射源検知装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態は、電波源からの電波を受信する第１アンテナと、電波源からの電波を受信し、第１アンテナに対する相対的な位置関係が任意に変更される第２アンテナと、第１のアンテナに対する第２のアンテナの相対的な位置関係を検出するための信号を出力する第２アンテナ位置検出部と、第１アンテナが向いている方向の風景を撮像する撮像部と、画像を表示する表示部と、第１アンテナ、第２アンテナ、及び第２アンテナ位置検出部の出力に基づいて仮想アレイアンテナを算出し、仮想アレイアンテナの受信信号から電波源からの電波の到来方向を推定し、撮像部が撮像した風景画像の到来方向に対応する位置に電波源を示す画像を重ね合わせて表示部に表示させる制御部と、を備える電波発射源検知装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電波発射源検知装置の正面分解斜視図である。
【図２】電波発射源検知装置の背面斜視図である。
【図３】電波発射源検知装置の構成を示すブロック図である。
【図４】方向ベクトルｅを示す図である。
【図５】電波発射源検知装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、電波発射源検知装置の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態の電波発射源検知装置（以下、検知装置１という。）の正面分解斜視図である。図１に示すように、検知装置１は、第１アンテナ１０１Ａ、撮像部１０３、及び制御部１０４を備える本体部１０１と、レドーム１０５と、第２アンテナ部１０２と、を備える。
【００１１】
第１アンテナ１０１Ａは、単一素子のアンテナもしくは、複数の受信素子を含むアレイアンテナを用いる。
【００１２】
撮像部１０３は、例えばＣＣＤカメラを用いることができる。撮像部１０３は、撮像部１０３の撮像方向と、第１アンテナ１０１Ａの電波受信方向と、が一致するように本体部１０１に設置される。すなわち、撮像部１０３は第１アンテナ１０１Ａが向いている方向の風景を撮像する。
【００１３】
制御部１０４は、演算装置であるＣＰＵを含む。
【００１４】
レドーム１０５は、第１アンテナを被覆するように本体部１０１に取り付けられる。
【００１５】
本体部１０１はさらに、メモリ、ＳＤカード等の記憶装置を含む記憶部を備える。
【００１６】
第２アンテナ部１０２は、一つ以上の受信素子を含む第２アンテナ１０２Ａと、第２アンテナ１０２Ａの位置を検出する第２アンテナ位置検出部１０２Ｂと、を備える。以下、第２アンテナが一つの受信素子を含む場合を例に説明する。
【００１７】
本体部１０１は三脚等の固定装置１０６を用いて地面に固定される。すなわち、第１アンテナ１０１Ａは、電波発射源に対して相対的に一定の位置に固定される。
【００１８】
第２アンテナ部１０２は、ケーブル又は無線によって本体部１０１の制御部１０４と通信を行う。第２アンテナ部１０２は位置を変化させることができる。第２アンテナ部１０２は手にもって位置を移動させることができる大きさであることが望ましい。
【００１９】
第２アンテナ部１０２は、人の手によって移動されるか、或いは第２アンテナを変位させる変位装置によって移動される。
【００２０】
第２アンテナ位置検出部１０２Ｂは、例えば加速度センサを使用することができる。第２アンテナ部１０２は、例えば本体部１０１が有する第２アンテナ部１０２を把持する把持部に第２アンテナ部１０２を取り付けられる。この状体にて位置のイニシャライズを制御部１０４に指示することにより第２アンテナ部１０２の基準位置が入力される。
【００２１】
加速度センサは加速度の方向と大きさを制御部１０４に出力する。制御部１０４は加速度センサが検知した第２アンテナ部１０２の加速度を２回積分することにより第２アンテナ１０２Ａの基準位置からの変位量を算出する。
【００２２】
第２アンテナ位置検出部１０２Ｂに方向と速度を出力する速度センサを用いた場合には、制御部１０４は速度センサから入力した速度を１回積分し、移動量を算出することにより第２アンテナ１０２Ａの基準位置からの変位量を算出する。
【００２３】
この変位量により、制御部１０４は第１アンテナ１０１Ａと、第２アンテナ１０２Ａとの相対的な位置関係を算出することが可能となる。
【００２４】
従って、第２アンテナ部１０２を変位させることにより、第１アンテナ１０１Ａと第２アンテナ１０２Ａとが形成するアレイアンテナの開口部を任意に変更することが可能となる。
【００２５】
図２は、検知装置１の背面斜視図である。図２に示すように、検知装置１は、本体部１０１の第１アンテナ１０１Ａが取り付けられる面に対向する面に画像を表示する表示部１０７を備える。
【００２６】
表示部１０７は、液晶ディスプレイ、タッチパネルなどを用いることができる。
【００２７】
第２アンテナ部１０２は、矢印Ｘ１に示すように、基準位置から上下左右方向に変位される。
【００２８】
図３は、検知装置１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、検知装置１は、第１アンテナ１０１Ａと、第１検波部２０１と、第１Ａ／Ｄ変換部２０２と、第２アンテナ１０２Ａと、第２検波部２０３と、第２Ａ／Ｄ変換部２０４と、第２アンテナ位置検出部１０２Ｂと、制御部１０４と、を備える。また、検知装置１はさらに、撮像部１０３と、表示部１０７と、を備える。
【００２９】
第１検波部２０１は第１アンテナ１０１Ａが受信した電波を検波する。
【００３０】
第１Ａ／Ｄ変換部２０２は第１検波部２０１の出力信号をディジタル信号に変換して制御部１０４に出力する。
【００３１】
第２検波部２０３は第２アンテナ１０２Ａが受信した電波を検波する。
【００３２】
第２Ａ／Ｄ変換部２０４は第２検波部２０３の出力信号をディジタル信号に変換して制御部１０４に出力する。
【００３３】
第２アンテナ位置検出部１０２Ｂは、変位方向、加速度、速度などの第２アンテナ１０２Ａの位置に関する情報を制御部１０４に出力する。
【００３４】
制御部１０４は、仮想アレイアンテナ信号生成部１０４Ａと、到来方向推定部１０４Ｂと、画像処理部１０４Ｃと、画像合成部１０４Ｄと、を備える。
【００３５】
仮想アレイアンテナ信号生成部１０４Ａは、第２アンテナ１０２Ａを移動させながら、十分な計算精度が得られるまで、第１アンテナ１０１Ａと第２アンテナ１０２Ａとを用いて複数回測定を行う。
【００３６】
ｎ回目の測定において、第２アンテナ１０２Ａによって受信した信号を高速フーリエ変換した複素スペクトラムをｘｎとし、第１アンテナ１０１Ａによって受信した信号を高速フーリエ変換した複素スペクトラムをｘ０ｎとする。このとき、制御部１０４は第１アンテナ１０１Ａ及び第２アンテナ１０２Ａを用いて形成される仮想的なアンテナである仮想アンテナによって受信した信号は次の（１）式に従って計算する。
【００３７】
ｘｎ’＝ｘｎ／ｘ０ｎ  ・・・  （１）
このとき、第２アンテナ位置検出部１０２Ｂの出力から取得した第２アンテナ１０２Ａの座標をベクトルａｎとし、第１アンテナ１０１Ａの座標をベクトルａ０とすると、制御部１０４は仮想アンテナの座標ａｎ’を次の（２）式によって計算する。
【００３８】
ａｎ’＝ａｎ−ａ０  ・・・  （２）
仮想アレイアンテナ信号生成部１０４Ａは、この仮想アンテナの座標ａｎ’を受信信号と共に到来方向推定部１０４Ｂに出力する。
【００３９】
到来方向推定部１０４Ｂの処理に必要な場合には、仮想アレイアンテナ信号生成部１０４Ａはｘｎ’を逆フーリエ変換して時間領域での信号を算出し、到来方向推定部１０４Ｂに出力する。
【００４０】
到来方向推定部１０４Ｂは、ｎ回目の測定結果から算出した仮想アンテナをｎ番目のアンテナとして読み替えて処理する。
【００４１】
到来方向推定部１０４Ｂは、電波の到来方向を２次元インターフェロメトリ法、ビームフォーミング法、又はＭＵＳＩＣ法等の公知の到来方向推定方法によって推定する。
【００４２】
以下に、２次元インターフェロメトリ法を用いた場合の到来方向推定部１０４Ｂの処理について説明する。
【００４３】
仮想的に算出したサレーアンテナの受信素子数をｎ個とすると、ｎ個のリファレンス受信データとｎ個のアレイ受信データが得られる。１つの受信素子あたりのディジタルデータをｍサンプルとする。
【００４４】
次に、得られたリファレンス受信データ及びアレイ受信データを高速フーリエ変換し、それぞれについて複素スペクトラムを得る。この複素スペクトラムとして、前述の仮想アレイアンテナ信号生成部１０４Ａの計算結果をそのまま利用することも可能である。
【００４５】
次に、計算する方位の方向ベクトルを算出する。
【００４６】
図４は、方向ベクトルｅを示す図である。図４に示す座標系において、仮想アレイアンテナは例えばｘ−ｙ平面Ｐに設置される。方位角θはｘ軸方向を０°とし、仰角φはｘ−ｙ平面からの角度とし、上向きが正とする。
【００４７】
このとき、方位角θ方向、仰角φ方向の方向ベクトルｅは次の（３）式のようになる。
【数１】
2016057117.tif 000003
【００４８】
次に、２つの受信素子を選択し、それぞれの複素相関値と到来方向を仮定した場合の位相差の計算値との差を評価関数Ｆとして算出する。
【００４９】
素子番号ｎの受信素子の座標を次の（４）式のように表す。
【数２】
2016057117.tif 000004
【００５０】
素子番号ｍ、素子番号ｎの受信素子における到来派の位相差は次の（５）式のように期待される。
【数３】
2016057117.tif 000005
【００５１】
また、評価関数は、次の（６）式のように表される。
【数４】
2016057117.tif 000006
【００５２】
ここで、＊は複素共役、Ｃｉは第２アンテナ１０２Ａと素子番号ｉの受信素子との相関値を示す。
【００５３】
このとき、到来方向推定部１０４Ｂは、評価関数Ｆが最小となるθ及びφを到来方向の推定値として出力する。
【００５４】
画像処理部１０４Ｃは、到来方向推定部１０４Ｂが出力したθ及びφを２次元平面上に変換する。
【００５５】
画像合成部１０４Ｄは、撮像部１０３から入力した風景画像の、変換されたθ及びφに対応する位置に電波発射源を示す画像を重ね合わせて表示部１０７に出力する。
【００５６】
表示部１０７は、入力した画像を表示する。
【００５７】
図５は、検知装置１の変形例を示す図である。図５に示すように、検知装置１は、第２アンテナ１０２Ａを固定し、本体部１０１を変位させてもよい。
【００５８】
この場合、第２アンテナ部１０２には第２アンテナ位置検出部１０２Ｂが設けられない。これに対し、本体部１０１には第１アンテナ１０１Ａの位置を検知するための第１アンテナ位置検出部１０１Ｂが設置される。第１アンテナ位置検出部１０１Ｂの構成は第２アンテナ位置検出部１０２Ｂの構成と同様である。
【００５９】
また、制御部１０４の動作は、上述した動作のうち、第１アンテナ１０１Ａの出力が第２アンテナ１０２Ａの出力と入れ替わるほかは同様である。
【００６０】
以上述べたように、本実施形態の電波発射源検知装置は、任意に変位できる第２アンテナ１０２Ａと、第２アンテナ１０２Ａの位置を検出する第２アンテナ位置検出部１０２Ｂと、を備え、制御部１０４が、これらの各アンテナからの出力に基づいて仮想アレイアンテナを算出し、電波の到来方向を推定する。
【００６１】
従って、受信素子の間隔を任意に変更できるため、電波源から発生する電波の波長が比較的長い場合でも電波源を特定でき、かつ持ち運びに適するという効果がある。
【００６２】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１０１Ａ：第１アンテナ
１０２Ａ：第２アンテナ
１０２Ｂ：第２アンテナ位置検出部
１０３：撮像部
１０４：制御部
【図１】
2016057117.tif 000007
【図２】
2016057117.tif 000008
【図３】
2016057117.tif 000009
【図４】
2016057117.tif 000010
【図５】
2016057117.tif 000011