(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周層状に配されたアレーアンテナと、
そのアレーアンテナの各アンテナ素子の受信信号を、複数のグループに分け、その各グループごとに少くとも１つ選択する複数のアンテナ選択手段と、
これら複数のアンテナ選択手段ごとに選択された各受信信号を複数の受信機と対応した切替え端子の何れかにそれぞれ選択供給する複数の受信機選択手段と、
これら複数の受信選択手段により選択された対応切替え端子よりの受信信号がそれぞれ供給される複数の受信機と、
これら複数の受信機の出力の１つを基準として、他の受信機の出力との干渉を求めて受信信号の干渉を観測する手段と、
方位角φ、円周層状の軸心と平行な方向の位置をＺとする時の上記干渉観測値Ｅ（φ，Ｚ）をＺに対してフーリエ変換してΓ（φ，Ψ）（Ψは仰角）を得る手段と、
θ＝π／２−Ψとして、Ｖ（φ′，θ）＝∫Ｗ（φ）exp(−j2πr sin θcos φ／λ）Γ（φ＋φ′，θ）ｄφ
∫は−π／２からπ／２まで、λは受信電波の波長、Ｗ（φ）は重み付け関数、φ′は注目方位角、
を演算してホログラム再生像を得る手段とを具備する電波ホログラム観測装置。
【請求項２】
少くとも１つのグループの少くとも１つの受信信号を基準として他のグループの各受信信号との干渉を観測する手段と、上記他のグループの少くとも１つの中の少なくとも１つの受信信号を基準として他のグループの各受信信号との干渉を観測する手段と、上記二つの基準となる少くとも１つの受信信号間の干渉を観測して位相差を求める手段と、
その位相差を用いて上記各干渉観測結果が共通する位相基準となるように上記各受信信号との干渉観測結果に対し補正をする手段と、
その補正後の干渉観測結果に対してホログラム再生処理を行う手段と、
を具備することを特徴とする請求項１記載の電波ホログラム観測装置。
【請求項３】
上記受信機選択手段の対応切替え端子よりの受信信号をそれぞれ選択して対応する上記受信機へ供給する複数のグループ選択手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の電波ホログラム観測装置。
【請求項４】
円周層状に配されたアレーアンテナと、
そのアレーアンテナの各アンテナ素子の受信信号を、複数の受信機と対応した切替え端子の何れかにそれぞれ選択供給する複数の受信機選択手段と、
これら複数の受信機選択手段の各対応する切替え端子よりの受信信号がそれぞれ供給され、その少くとも１つを選択する複数のアンテナ選択手段と、
これら複数のアンテナ選択手段の出力がそれぞれ供給される複数の受信機と、
これら複数の受信機の出力の１つを基準として、他の受信機の出力との干渉を求めて受信信号の干渉を観測する手段と、
方位角φ、円周層状の軸心と平行な方向の位置をＺとする時の上記干渉観測値Ｅ（φ，Ｚ）をＺに対してフーリエ変換してΓ（φ，Ψ）（Ψは仰角）を得る手段と、
θ＝π／２−Ψとして、Ｖ（φ′，θ）＝∫Ｗ（φ）exp(−j2πr sin θcos φ／λ）Γ（φ＋φ′，θ）ｄφ
∫は−π／２からπ／２まで、λは受信電波の波長、Ｗ（φ）は重み付け関数、φ′は注目方位角、
を演算してホログラム再生像を得る手段とを具備する電波ホログラム観測装置。
【請求項５】
上記干渉を観測する手段においてその比較基準を複数の受信信号の合成信号にて構成する手段を備える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ホログラム観測装置。
【請求項６】
上記受信機の出力の基準として同一の受信信号を受信中に、他の受信機に入力される受信信号の受信アンテナ素子を順次切替える手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電波ホログラム観測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２入力干渉観測法により電波ホログラムを観測する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この発明者は特開平１１−６５４０６号「円周走査型ホログラム観測方法及び装置」を提案した。これは図６に示すように固定アンテナＡｒと円周回転走査アンテナＡｍとを用いて回転走査アンテナＡｍをモータＭにより回転させ、アンテナＡｍの受信信号をロータリージョイントＪR を介して受信機Ｒｍで受信し、固定アンテナＡｒよりの受信信号を受信機Ｒｒで受信し、これら受信機Ｒｍ、Ｒｒは設定された観測周波数ｆの信号を選出し、それぞれ増幅し、中間周波信号Ｓｒ（ｆ）、Ｓｍ（φ，ｆ）（φは方位角）として出力し、これら信号Ｓｒ（ｆ）、Ｓｍ（φ，ｆ）を干渉器１１に入力して互に干渉させ、∫Ｓｒ* （ｆ）・Ｓｍ（φ，ｆ）（＊は複素共役を表わす）を得、これを複素検波器１２で検波して測定データＥ（φ）を得る。このデータをバッファメモリ２１に走査アンテナＡｍの回転角（水平方位角）φについて記憶し、その記憶結果について演算、表示部２２でホログラム再生演算を行い、その演算結果を表示する。
【０００３】
このようにしてホログラム測定を行うことにより、死角がなく３６０°全部を視野角とすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この提案した装置ではアンテナを機械的回転走査するものであるため、高速にホログラム観測をすることができない。
また不安定な反射回折波などの影響を受ける。
この発明の第１の目的は高速にホログラム観測を行うことができる電波ホログラム観測装置を提供することにある。
【０００５】
この発明の第２の目的はフェージングに対して安定な測定を可能とするホログラム観測装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明によればリング状アレーアンテナの各アンテナ素子の受信信号の少くとも１つを選択する複数のアンテナ選択手段と、受信信号を複数の受信機の何れかに供給する複数の受信機選択手段とが縦続的に設けられて、選択されたアンテナ素子の受信信号が複数の受信機の選択された１つへ供給され、これら受信機の出力の１つを基準として他の受信機の出力とが干渉され、受信信号の干渉が観測される。
【０００７】
基準となる出力の受信機には複数のアンテナ素子の受信信号が合成され、合成指向性パタンとして受信される。その合成指向性パタンの主ビームは電波到来方向とし、ヌルの方向は反射波、干渉波到来方向となるようにする。
基準となる出力の受信機へのアンテナ素子受信信号の選択供給を固定し、他の受信機へのアンテナ素子受信信号の選択を順次切替えて受信信号の干渉を観測する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明においてはアレーアンテナが用いられ、その各アンテナ素子は２つ以上のグループごとにアンテナ選択手段により選択される。例えば図１に示すようにアンテナ素子Ａ１〜Ａ２４が水平面内で等間隔でリング状に配され、各アンテナ素子Ａ１〜Ａ２４は半波長ダイポールアンテナであって、垂直方向（紙面と直角に）に延長されている。
【０００９】
これらアンテナ素子Ａ１〜Ａ２４は図２に示す例では、３つのグループに分けられた場合で、配列方向において各アンテナ素子Ａ１〜Ａ２４が順番に入力選択スイッチ付きウイルキンソン形電力合成器ＳＨ１〜ＳＨ３に１つずつ順次接続することが繰返されて３つのグループに分けられる。入力選択スイッチ付きウイルキンソン形電力合成器ＳＨ１〜ＳＨ３はそれぞれ入力選択信号により指定され、任意の数の入力信号の電力を合成する。ウイルキンソン形電力合成器ＳＨ１〜ＳＨ３の各出力はそれぞれスイッチＳ１〜Ｓ３により、入力選択スイッチ付きウイルキンソン形電力合成器ＳＨｒ，ＳＨｍの何れかに切替え入力される。これら電力合成器ＳＨｒ，ＳＨｍの各出力はそれぞれ受信機Ｒｒ，Ｒｍに入力される。
【００１０】
電力合成器ＳＨ１〜ＳＨ３はそれぞれアンテナ素子を選択するアンテナ選択手段を構成し、スイッチＳ１〜Ｓ３は受信機Ｒｒ，Ｒｍの何れかを選択する受信機選択手段を構成し、電力合成器ＳＨｒ，ＳＨｍはグループ分けしたアンテナ素子のグループを選択するグループ選択手段を構成している。アンテナ選択手段、受信機選択手段、グループ選択手段を用いて、各グループ間のアンテナ受信信号の干渉観測を行う。
【００１１】
つまり受信機Ｒｒ，Ｒｍにおいて、任意の中心周波数、及び任意の周波数帯域幅で受信信号の選択と周波数変換を行って中間周波信号として出力すると共に、基準となる受信機の出力中間周波信号の平均レベル（振幅）を検出する。これら受信機Ｒｒ，Ｒｍとしては例えばスペクトラムアナライザをゼロスパンモードで動作させて実現することができる。これら出力中間周波信号は干渉器１１に入力される。干渉器１１では２つの入力信号のクロススペクトラムの周波数積分結果を一定周波数の線スペクトルとして出力する。この干渉器１１の詳細は例えば特開平９−１３３７２１号「相関関数測定方法及び装置」に示されている。受信機Ｒｒ，Ｒｍにそれぞれ入力された受信信号が得られたアンテナ素子の番号をＫ，Ｌとし、受信周波数をｆとし、受信機Ｒｒ，Ｒｍの各出力をＳｒ（Ｋ，ｆ），Ｓｍ（Ｌ，ｆ）と表わすと、干渉器１１の出力は∫Ｓｒ* （Ｋ，ｆ）・Ｓｍ（Ｌ，ｆ）ｄｆとなる。＊は複素共役を表わす。
【００１２】
干渉器１１の出力線スペクトルの振幅と位相が検波器１２で検出される。その検出された複素振幅ν0 （Ｋ，Ｌ）はレベル校正器１３で、受信機Ｒｒよりの検出平均信号レベルνR （Ｋ）により正規化され、測定データＥ（Ｋ，Ｌ）＝ν0 （Ｋ，Ｌ）／νR （Ｋ）が得られる。この測定データＥ（Ｋ，Ｌ）は複素数である。このようにして２つのグループ中の各選択したアンテナ素子の受信信号間の干渉信号が得られる。
【００１３】
いま図１において、アンテナ素子Ａ５の方向から直接波が到来し、アンテナ素子Ａ３の方向から不安定な反射波（車両などからの反射によるもので時間的に変化する）が到来している場合のホログラム観測方法を以下に述べる。
（１）受信機選択スイッチＳ１を受信機Ｒｍ側に、スイッチＳ２をＲｒ側に、スイッチＳ３をＲｍ側にそれぞれ接続する。
（２）アンテナ選択手段により、電力合成器ＳＨ２においてアンテナ素子Ａ２，Ａ５，Ａ８を接続し、他の全てのアンテナ素子は断とする。これにより受信機Ｒｒの入力としてＳｒ′（２＋５＋８，ｆ）が得られる。
（３）アンテナ選択手段により、Ｒｍ側に接続された電力合成器ＳＨ１，ＳＨ３において、アンテナ素子を順次１個づつ選択接続して、受信機Ｒｍに受信信号Ｓｍ′（１，ｆ），Ｓｍ′（３，ｆ），Ｓｍ′（４，ｆ），・・・，Ｓｍ′（２４，ｆ）を順次入力させ、これらと前記受信機Ｒｒの受信信号Ｓｒ′（２＋５＋８，ｆ）とを順次干渉させ、レベル校正器１３からＳｒ′（２＋５＋８，ｆ）を基準とした測定データＥ（２＋５＋８，１），Ｅ（２＋５＋８，３），Ｅ（２＋５＋８，４），・・・，Ｅ（２＋５＋８，２４）を得る。
（４）受信機選択手段のＳ１を受信機Ｒｒ側に、Ｓ２を受信機Ｒｍ側に、Ｓ３を受信機Ｒｒ側にそれぞれ切替える。
（５）アンテナ選択手段により受信機Ｒｒ側に接続された電力合成器ＳＨ１，ＳＨ３でアンテナ素子Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ７をそれぞれ接続し、他の全てのアンテナ素子を断にする、これにより受信機Ｒｒに受信信号Ｓｒ′（３＋４＋６＋７，ｆ）が入力される。
（６）受信機Ｒｍ側に接続された電力合成器ＳＨ２のアンテナ素子を順次１個づつ接続して、受信機Ｒｍに受信信号Ｓｍ′（２，ｆ），Ｓｍ′（５，ｆ），Ｓｍ′（８，ｆ），・・・，Ｓｍ′（２３，ｆ）を入力する。これらを先に受信した受信機Ｒｒの信号Ｓｒ′（３＋４＋６＋７，ｆ）とそれぞれ干渉させて、Ｓｒ′（３＋４＋６＋７，ｆ）を基準とした測定データＥ（３＋４＋６＋７，２），Ｅ（３＋４＋６＋７，５），Ｅ（３＋４＋６＋７，８），・・・，Ｅ（３＋４＋６＋７，２３）をレベル校正器１３から得る。
（７）アンテナ選択手段で受信機Ｒｍに接続された電力合成器ＳＨ２においてアンテナ素子２Ａ，５Ａ，８Ａを同時に接続して、受信機Ｒｍに受信信号Ｓｍ′（２＋５＋８，ｆ）を入力し、これと受信信号Ｓｒ′（３＋４＋６＋７，ｆ）とを干渉させてＳｍ′（３＋４＋６＋７，ｆ）を基準としたこれとＳｍ′（２＋５＋８，ｆ）との干渉により得られるデータＥ（３＋４＋６＋７，２＋５＋８）をレベル校正器１３から得る。
（８）ステップ（３）で得られたレベル校正器１３の出力を全て、ステップ（７）で得られたレベル校正器１３の出力で位相を正規化する、つまりＳｒ′（３＋４＋６＋７，ｆ）の位相を位相基準とする。例えばＥ（２＋５＋８，１）については下記の演算を行う。
【００１４】
Ｅ(1) ＝（Ｅ（２＋５＋８，１）／Ｅ（３＋４＋６＋７，２＋５＋８））・｜Ｅ（３＋４＋６＋７，２＋５＋８）｜
またステップ（６）で得られたレベル校正器１３の出力Ｅについては位相基準はＳｒ′（３＋４＋６＋７，ｆ）であるから、例えば
Ｅ(2) ＝Ｅ（３＋４＋６＋７，２)
とするように、そのまま用いる。このようにしてＥ(1) 〜Ｅ(24)のすべてが共通の位相基準となる。
（９）ステップ（８）で得られたＥ(1) ，Ｅ(2) ，・・・，Ｅ(24)を用いてホログラム再生処理を行う。例えば以下の演算を行う。
【００１５】
φ＝ｎπ／１２，φ′＝ｎ′π／１２
Ｗ（φ）＝（１／π）（１＋ cos（２φ））（重み付け関数）
リング状アレーアンテナの半径をｒ、観測電波の波長をλ、到来波の仰角θを考慮した等価半径をｒ′（ｒ′＝ｒ sinθ）とすると評価関数Ｖ（φ′）＝∫Ｗ（φ） exp（−ｊ２πｒ′cos φ／λ）・Ｅ（φ＋φ′）ｄφ  ∫は−π／２からπ／２まで
から到来波の方向及び振幅値を求めることができる。つまりφ′を設定してその−π／２からπ／２の積分をしてＶ（φ′）を得ることを、φ′を順次変更して行い、ピークが得られたＶ（φ′）のφ′が到来方向であり、そのＶ（φ′）が振幅である。
【００１６】
ステップ（２）及び（５）における受信機Ｒｒでの受信においては、アンテナの指向性合成によって安定な直接波到来方向へ主ビームを向けて、不安定な反射波到来方向へビームのヌルを向けることによって、位相比較基準信号Ｓｒ（Ｋ，ｆ）の時間変動（マルチパス合成による位相ゆらぎ）を抑制している。図３Ａにアンテナ素子Ａ２，Ａ５，Ａ８の合成指向特性を、図３Ｂにアンテナ素子Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ７の合成指向特性をそれぞれ示す。それぞれ主ビームの方向が直接波到来方向（アンテナ素子Ａ５の方向）となり、ヌルが反射波到来方向（アンテナ素子Ａ３の方向）となっている。
【００１７】
ステップ（７）及び（８）の処理は、上記２つのアンテナ指向性で測定される位相比較基準信号の位相差を求めて、一方を校正して同一位相基準でのホログラム観測結果を得ている。
これら位相比較基準信号を得るためのアンテナ指向性方向を回転走査しながらステップ（１）〜（９）の手順を繰返し行うことにより複数の到来方向の電波のホログラム像を観測することで混信・妨害波とマルチパスの分離評価が可能となる。混信・妨害波は上記走査で相対レベルが変化するが、マルチパスは相対レベルが変化しない。アンテナ指向性の走査は例えば、前記アンテナ素子Ａ２，Ａ５，Ａ８の選択とＡ３，Ａ４，Ａ６，Ａ７の選択の状態から、アンテナ素子Ａ３，Ａ６，Ａ９の選択と、Ａ４，Ａ５，Ａ７，Ａ８の選択状態として指向方向をアンテナ素子Ａ５からＡ６方向に切替えた状態でステップ（１）〜（９）を行い、以下同様にアンテナ指向方向を順次ずらしてステップ（１）〜（９）を行うことを繰返す。
【００１８】
次に、安定な直接波到来方向や不安定な反射波到来方向を見出す方法について述べる。
第１の方法は受信機選択スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を全て受信機Ｒｒ側として、任意のアンテナ素子選択の組み合せで最大受信レベルに近く、かつ時間的にレベルが安定したアンテナ選択手段におけるアンテナ素子選択組合せを見つける。通常はνｒ（ｎ１＋ｎ２＋ｎ３）として、アンテナ素子Ａｎ２に対し、Ａｎ１及びＡｎ３がそれぞれ隣り合うアンテナ素子となるように順次選択する。
【００１９】
第２の方法はステップ（１）〜（９）の操作において、受信機Ｒｒに接続されるアンテナ素子を適当に選択して、ホログラム観測を行い、この観測結果からレベルが大きく安定したパスを選択決定する。この方法では受信機Ｒｒに接続するアンテナ素子の組み合せの試行及び同一条件での複数回観測による時間変動評価が必要である。
【００２０】
このようにして直接波の到来方向及び不安定な反射波の到来方向を知り、主ビームが直接波到来方向に向き、ヌルが不安定反射波到来方向に向いた、アンテナ合成指向特性が得られるように、アンテナ素子を選択し、この選択したアンテナ素子組み合せの受信信号を位相基準としてステップ（１）〜（９）を行うことにより安定なホログラム観測が可能となる。
【００２１】
図２中の選択制御・演算・表示部１４において、ステップ（１）〜（９）を実行する上でのアンテナ選択、受信機選択の制御を行い、また安定な直接波や不安定な反射波の到来方向決定のためのアンテナ選択、受信機選択を行い、得られたデータＥ（Ｋ，Ｌ）についてステップ（８）の補正、ステップ（９）の演算を行い、その演算結果をφ′をパラメータとして表示することを行う。
【００２２】
アレーアンテナとしては円周ではなく任意の形状でもよい。例えば図４に示すように円周層状アレーアンテナとしてもよい。この場合はステップ（１）〜（９）を各層のアレーアンテナについて行ってデータＥ（φ，Ｚ）（Ｚは何番目の層であるかを示す）を求め、このＥ（φ，Ｚ）をＺに対してフーリエ変換し、その変換結果Γ（φ，Ψ）（Ψは仰角）に対し、θ＝π／２−Ψとおいて
Ｖ（φ′，θ）＝∫Ｗ（φ）exp （−ｊ２πｒ sinθcos φ／λ）Γ（φ＋φ′，θ）ｄφ
∫は−π／２からπ／２まで
を求めてホログラム再生像を求める。このようにすれば１つのφ′に対し１つのθについて計算すればよく、計算量が少なくて済む。
【００２３】
上述ではアンテナ素子を選択した後、その選択したアンテナ素子をどの受信機に接続するかの受信機選択を行った。しかし、まず接続する受信機を選択した後、アンテナ素子の選択を行うようにしてもよい。例えば図５に示すように、各アンテナ素子Ａ１〜Ａ２４ごとに受信機選択スイッチＳ１〜Ｓ２４により受信機Ｒｒ、Ｒｍの何れに受信信号を供給するかの選択をそれぞれ行い、スイッチＳ１〜Ｓ２４の各受信機Ｒｒ側の切替え接点ｒ側を入力選択スイッチ付きウイルキンソン形電力合成器ＳＨｒに接続し、スイッチＳ１〜Ｓ２４の各受信機Ｒｍ側の切替え接点ｍ側を入力選択スイッチ付きウイルキンソン形電力合成器ＳＨｍに接続する。電力合成器ＳＨｒで基準の合成指向特性パタンが得られるようにアンテナ素子を選択して、その受信信号を受信機Ｒｒへ供給する。また電力合成器ＳＨｍで各アンテナ素子を順次選択してその受信信号を受信機Ｒｍへ供給する。受信機Ｒｒの出力を基準とし、これと、受信機Ｒｍの順次受信される各アンテナ素子の出力とを干渉器１１で干渉させること以後の処理は先の実施例と同様である。
【００２４】
この実施例よりも図２に示した実施例の方が使用するスイッチの数が少なくて済む特徴がある。なお図２において入力選択付きウイルキンソン形電力合成器ＳＨｒ、ＳＨｍを省略して、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の各接点ｒ側を受信機Ｒｒの入力側に接続し、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３の各接点ｍ側を受信機Ｒｍの入力側に接続してもよい。つまりグループ選択は省略してもよい。ただし、電力合成器ＳＨｒ，ＳＨｍを省略すると、受信機Ｒｒ，Ｒｍにおいて各入力された信号が接続されていない接点側へゆき、反射して来たりして弊害が生じるおそれがあるが、電力合成器ＳＨｒ，ＳＨｍを用いて接続されているものだけを選択することにより、前記弊害をなくすことができる。
【００２５】
図２において、アンテナ素子のグループ分割数は３に限られるものでない。また図２、図５において受信機の数も３以上とし、１つの基準の受信機出力と、他の受信機出力との各干渉を求めるようにして、並列処理により、高速化するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によればアレーアンテナのアンテナ素子の１乃至複数を基準受信信号とし、他のアンテナ素子をスイッチにより選択接続して、アンテナを等価的に回転させて各アンテナ素子の受信信号を上記基準受信信号と干渉させるものであるから、アンテナを機械的に回転させる場合より、高速に回転させることができ、それだけ短時間でホログラム観測を行うことができる。
【００２７】
アンテナ素子の複数を同時に選択して合成指向特性の主ビームの方向が直接波到来方向とすることにより、安定な測定が可能である。
更に前記合成指向特性のヌルが反射波や妨害波の方向となるようにすることにより不安定な反射波、混信・妨害波を分離し、これらの影響をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａはこの発明装置に用いられるアレーアンテナの一例を示す平面図、ＢはそのＡＡ線断面図である。
【図２】この発明装置の機能的構成例を示すブロック図。
【図３】複数のアンテナ素子による合成指向特性の例を示す図。
【図４】アレーアンテナの他の例を簡略に示す図。
【図５】この発明の他の実施例の機能的構成を示すブロック図。
【図６】従来の電波ホログラム観測装置を示すブロック図。
【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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