JPH01224683A - 方位探知受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、受信信号の到来方位をその位相差を用いて
探知しようとする方位探知受信装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

第６図は例えばスコルニク（ＳＫＯＬＮＩＫ）　＝ｉＦ
“レーダ　ハンドブック（ＲＡＤＡＲＨＡＮＤＢＯＯＫ
）　　２１−２７頁に記載されている、レーダの位相比
較による方位探知受信装置の場合を送信系を除いて取り
上げた従来例である。この図において、１は空中線、２
はミキサ、３は局部発振器、４はＩＦ増幅器、５は位相
検波器、６は演算回路である。

次に動作について説明する。２個の空中線１ａ及び１ｂ
は距離：ｄだけ離れて並行に配置されており、両方の位
相パターンは揃っているものとする。空中線の正面方向
から電波を受信したときに両方の位相が等しくなるよう
に取り付けられているから、方位角：θだけ異なる方位
から信号を受げた場合には雨空中線出力の位相差：ψが
下式のように得られることはこの分野では周知の事実で
ある。

但し、λは受信信号の自由空間波長である。この関係は
第７図によって具体的に説明できる。空中線１ａから目
標までの距離：Ｒ１と空中線１ｂから目標までの距離：
Ｒ２はそれぞれ目標までの距離が非常に遠く、はぼ並行
に、且つ波面は平面として到達すると考えられるので、
− Ｒ１＝　Ｒ＋　−ｓｉｎθ　　　　　　　・（２１Ｒ２
＝　Ｒ−−ｓｉｎθ　　　　　　　・（３）である。従
って、（１１式の位相差：ψは距離Ｒ１とＲ２の差によ
って生じることから説明できる。

第６図では、この位相差を２系列のミキサ２ａ。

２ｂで受けて局部発振器３から固定周波数の局部発振信
号を注入して混合し、中間周波数信号（以下ＩＦ倍信号
いう）に変換するいわゆるスーパヘテロダイン方式の受
信系を示している。局部発振器３からの信号は同相でミ
キサ２ａ、２ｂに注入されるので、ＩＦ倍信号変換され
た後も位相差：ψはそのまま保存されている。これはミ
キサの動作原理が乗算効果に基づくものであることから
導出して解析できる。

この後、ＩＦ増幅器４ａ、４ｂで一定の出力振幅になる
よう飽和増幅（振幅成分は不要である）を行い、位相検
波器５で位相差に比例した直流電圧が得られる位相検波
を行う。この位相検波器５の具体的モデルとしては同着
５−３９頁及び５−４２頁記載の平衡形ダイオード検波
器があり、これを第８図で説明する。この図において、
７は基準信号：Ｅａｓｉｎ（ωｔ）の入力端、８は位相
差を検出したい信号：　Ｅｓ　５ｉｎ（ωｔ＋ψ）の入
力端、９は検波後の出力信号二Ｅｏの出力端である。こ
れらの関係は、 Ｅ０＝Ｋ（ＣＯ３−−ｃｏｓ２ωを十高次周波数成分）
　・（４）である。但し、Ｋは検波効率を示す定数であ
る。

従って、これを検波器として扱った場合、第２項以降の
成分は低域通過フィルタによって除去されて Ｅｏ＝Ｋ　−ｃｏｓψ　　　　　　　　　　　　　　・
・・（５）となり、位相差：ψに相当する出力振幅が得
られる。なお、第８図において、１０ａ〜１０ｄは検波
用リングダイオードである。

以上説明したように、位相検波された出力には到来信号
の位相差：ψの情報を含んでおり、ひいては到来信号方
位の情報を含んでいるので、これらを逆に演算してゆけ
ば方位を求めることができるのである。第６図における
演算回路６はこの働きを行っており、レーダのように自
分の送信周波数が判っていたり、または狭帯域の受信装
置などのように（１）式の波長：λが決まっていたりす
れば、容易に方位算出が行える。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の方位探知受信装置は以上のように構成されている
ので、２個の空中線で生じた位相差を位相検波器まで正
確に伝送する必要がある。しかし、ミキサやＩＦ増幅器
の位相特性、及び信号経路の長さ等を全て揃えるのは大
変であるし、まして広い周波数範囲に渡って特性を揃え
ることは実用上非常に難しいという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ミキサやＩＦ増幅器の位相特性、信号経路の
長さ等を揃える必要のない実用性の高い方位探知受信装
置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〕

この発明に係る方位探知受信装置は、空中線の出力側に
、２系列の空中線の出力と２系列の受信系の入力とを並
行に、あるいは互いに交差して接続するためのスイッチ
回路を設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、２系列の空中線の出力と２系列の
受信系の入力とを並行に、あるいは互いに交差して接続
するためのスイッチ回路を設けたことにより、空中線以
降の受信系で２系列９信号の位相誤差が生じても、これ
を演算によって消去できる。

〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、１１は空中線と受信系との間にあって２系
列の信号経路を切り替えるトランスファ・スイッチ、１
２は受信する高周波信号の周波数帯域を決める帯域通過
フィルタ、１３は信号分配器、１４は受信した到来信号
の搬送周波数を測定する周波数測定受信装置、１５は一
連の動作シーケンスを制御したり、−時的なデータの記
憶を行うＣＰＵ回路、１６は発振周波数を可変して到来
信号の同調を行う局部信号発生器である。

以下、動作について説明する。

到来信号の対象周波数範囲が広いので、まず、未知の周
波数を測定して認識することが行われる。

空中線１ａで受信した電波はトランスファ・スイッチ１
１の入力端１１ａから出力端１１ｃへ、図に示す経路の
とおり伝送される。帯域通過フィルタ１２ａ、１２ｂは
対象とする周波数範囲（受信可能な周波数帯域幅とその
中心周波数との比は１５％以上）を決定するためのもの
であり、これ以外の周波数成分の信号は除去される。こ
れを通った信号は信号分配器１３で信号経路が分かれ、
周波数測定受信装置１４へ至る。

ここでは非常に精度良い周波数測定が行われる。

この精度は最終的に方位を算出する際前記（１１式の波
長：λ（＝光速／周波数）に直接影響するが、現在実用
化されている程度のものを使えば無視できる程度の値で
ある。周波数測定受信装置１４の具体的なモデルとして
は、例えば米国アナレン（ＡＮＡＲＥＮ）社等から製品
化されているＤＩＦＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｉｎ５ｔａｎ
ｔａｎｅｏｕｓ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｅａｓｕｒｅ
ｍｅｎｔ：デジタル出力瞬時周波数測定）装置を挙げる
ことができる。これは、一種のＦＭ検波を広帯域のマイ
クロ波周波数帯に応用したものであり、性能の一例とし
ては周波数範囲が４〜８ＧＨｚに渡って１．２５ＭＨｚ
の周波数分解能でデジタル化した出力が得られるという
ことがある。

このようにして測定された到来信号の周波数はＣＰＵ＠
路■５へ送られ、ＣＰＵ回路１５は信号を受信してその
周波数がｆ、であることを認識する。ＣＰＵ回路１５は
、到来信号の方位を探知する場合、これを契機として一
連の動作シーケンスを実行する。

動作シーケンスについて述べる前に、まずトランスファ
・スイッチ１１の動作について説明する。

トランスファ・スイッチ１１には４個の信号端子があり
、いずれの端子からも信号の入出力が可能である。これ
を２つの異なる信号を扱う場合について説明すると、第
２図のようになる。第２図（ａ）では、例えば制御信号
が論理信号状態“０”のとき、２つの高周波信号人、Ｂ
をそれぞれ端子ａ。

ｂに入力すると端子ｃ、ｄに出力が表われる。これを仮
に“並行モード”と呼ぶ、第２図山）では、逆に制御信
号が“１”の状態であり、この場合は、高周波信号人、
Ｂはそれぞれ端子ｄ、ｃに出力が表われる。この状態を
“交差モード”と呼ぶ。制御信号としては“０”か“１
”のいずれかであり、トランスファ・スイッチ１１とし
ては“並行モード”か“交差モード”のいずれかになっ
ているものとする。

次に、第１図の装置の動作シーケンスについて述べる。

空中線１ａ、ｌｂで受信した到来信号はトランスファ・
スイッチ１１に至る。スイッチ１１は当初第１図の実線
で示すように“並行モード”になっている場合でも、図
の破線のように“交差モード”になっている場合でも、
いずれでも良く（但し、本実施例では並行モードから始
まる場合を説明する）、とにかく端子１１Ｃに現われた
信号が帯域通過フィルタ１２ａを通り、信号分配器１３
で周波数測定受信装置１４に導かれる。動作シーケンス
の初期は、到来信号有無の認識とその搬送周波数の測定
が目的であり、方位探知は行っていない０周波数測定受
信装置１４の出力をＣＰＵ回路１５が受けて、この目的
が達せられる。この結果、ＣＰＵ回路１５が方位探知を
実行することになると、次の動作として、局部発振器１
６へ測定した周波数への同調を指示し、ミキサ２ａ及び
２ｂ以降の受信系へ到来信号が取り込める状態になる。

そして従来の回路と同様にして到来信号があれば位相検
波器５から出力をＣＰＵ回路１５へ送り、ＣＰＵ回路１
５はその位相データ：ψ。

を−時記憶する。次に、ＣＰＵ回路１５はトランスファ
・スイッチ１１に制御信号“１“を送り“交差モード”
への切り替えを指示する。するとトランスファ・スイッ
チ１１の接続は第１図の破線状態となり、空中線１ａか
らの信号がトランスファ・スイッチの端子ｌｉｄへ、ま
た、空中線１ｂからの信号が端子１１ｃへ導かれるよう
になる。

そして上記と同様に、到来信号があれば位相検波器５か
ら出力をＣＰＵ回路１５へ送り、ｃｐｕ回路１５はその
時の位相データ：ψ１を一時記憶する。

ここで、位相データ：ψ。とψ、の持つ意味を分析する
。第７図において、目標から距離Ｒ１を経て空中線１ａ
で受信した時の信号位相をψ、とじ、同時に距離Ｒ２を
経て空中線１ｂで受信した信号の位相をψ、とし、（１
１式から求める方位：θをψ＝ψ１−ψ５とすると °、゛λ、４（波長）＝−（Ｃは光速）　・・・（７）
である。ここで実用上問題となるのは、空中線１ａ、ｌ
ｂから後の受信系について物理的、電気的に位相特性を
広帯域周波数に渡って位相検波器５まで揃えることが困
難であることである。空中線ｌａ、ｌｂからトランスフ
ァ・スイッチ１１の出力端子１１Ｃ，ｌｉｄまでは位相
特性が揃っているとして、空中線以降の受信系によって
生じる位相をそれぞれψ□、ψ□とすると前記の一時記
憶された位相データ：ψ。、ψ１は ψ。＝ψ、＋ψ□−ψ１−ψ□　　　　・・・（８）ψ
、＝ψゎ＋ψ□−ψ、−ψ□　　　　・・・（９１とな
り、これによって次式が成立する。

つまり、受信系の持つ不揃いな位相：ψ□、ψ□が相殺
され、空中線で受信した位相差情報のみを取り出し得る
わけである。従ってＣＰＵ回路１５では位相データ：ψ
。、ψ１からαω式の演算を行い、位相差：ψを求めた
後、これを演算回路６へ送り方位：θを算出する。

これら一連の動作シーケンスについてのフローチャート
を第２図に示す。

このような方位探知受信装置では、空中線以降の受信系
で２系列の信号の位相誤差が生じても、これを演算によ
り消去できるので、ミキサやＩＦ増幅器の位相特性、信
号経路の長さ等を揃える必要がない。また、到来周波数
の探知手段を設け、この情報に基づいて一連の動作を行
うようにしたので、周波数が広帯域に渡る場合や未知で
あるような場合にも、位相を用いた方位探知を容易に行
える。

なお、上記実施例では周波数測定受信装置１４は帯域通
過フィルタ１２の帯域幅と同等の非常に広帯域に渡って
周波数′測定できるものについて示したが、これはある
程度狭帯域のものであっても実現可能である。第４図は
ＩＦ周波数の帯域幅を中程度に狭くした例であって、こ
のＩＦ帯域幅はＩＦ帯域フィルタ１７によって決められ
る。このＩＦ周波数の下限をｆ　ＩＬ＋上限をｆｌＭと
すると、このｆ　ＩＬ””’　ｆ　Ｉ）Ｉ内の周波数が
判ればＣＰＵ回路１５から局部発振器１６へ同調指示す
る周波数；ｆ、。との関係から受信周波数；ｆＭが求ま
る。つまり、局部発振器１６の周波数を常に受信周波数
より低く（ｒｔｏ＜ｒＨ）設定した場合を考えると、中
程度の周波数帯域幅を持つ周波数測定受信装置１８で測
定したＩＦ周波数がｆ＋　　（ｆ＋ｔ≦ｆｌ　≦ｆ＋Ｈ
）のとき、受信周波数：ｆＨは下式で求まる。

ｆＨ＝ｆＬ、＋ｆ、　　　　　　　　　　　　・・・α
ωこの方式では、周波数測定受信装置を安価にすること
ができるが、代りに狭いＩＦ帯域フィルタを通ってくる
信号しか確認できないので、全周波数帯域の監視ができ
なくなる。また、動作の初期に到来周波数の認識を行っ
てから、位相検出へ移行するというようなシーケンスで
はなく、同時に実行される。

第５図は更に極端な例であり、周波数測定受信装置を無
くす方式である。ＩＦ周波数帯域幅を十分狭くできる場
合は、 ｆ＋＠ｆ＋ｔ（ぐｆ　ＩＮ）　　　　　　　　　・・・
亜であるため、周波数測定機能を省略することができる
。具体的には、（６）式でｆ、４の誤差として方位精度
に影響するが、これが許容範囲であれば第５図の方式に
示すごとく非常に単純化できるメリットが生じる。従っ
て、第５図のＩＦ帯域フィルタ１９は狭帯域通過特性（
受信可能な周波数帯域幅とその中心周波数との比は１５
％以下）のフィルタである点が前記の例と異なる。

また、以上の実施例では空中線で電波を受信する場合に
ついて述べたが、音波や超音波をマイクロホンや音響セ
ンサ等で電気信号に変換できるものがあれば、その場合
も上記実施例と同様の効果を奏する。

さらに、上記実施例では空中線及び受信系は２系列で構
成する場合について示したが、３系列以上の空中線と２
系列以上の受信系を用いてマトリクス的に空中線と受信
系を選択できるように構成しても良（、この場合も上記
実施例と同様に“並行モード”と“交差モード”を−回
の位相比較結果として扱い、これを複数回実行すれば可
能である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係る方位探知受信装置によれ
ば、空中線の出力側に、２系列の空中線の出力と２系列
の受信系の入力とを並行に、あるいは互いに交差して接
続するためのスイッチ回路を設けたので、受信系で生じ
る位相誤差を相殺でき、受信系の信号経路は必ずしも等
長である必要がなくなり、位相を用いた方位探知が簡単
にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による方位探知受信装置を
示すブロック図、第２図はその空中線の出力と受信系の
人力との切り替えを説明するための図、第３図はその動
作シーケンスのフローチャートを示す図、第４図、第５
図はそれぞれこの発明の他の実施例による方位探知受信
装置を示すブロック図、第６図は従来の方位探知受信装
置を示すブロック図、第７図は２系列の空中線への到来
電波の関係を示す図、第８図は代表的位相検波器の構成
を示す図である。 １は空中線、５は位相検波器、６は演算回路、１１はト
ランスファ・スイッチ、１４は周波数測定受信装置、１
６は局部発振器。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一信号源からの到来信号を、その位相関係がある
   算式に従って受信できるよう配列した２系列の空中線と
   受信系とで受け、該受信系の出力で２系列の信号位相か
   ら上記算式の演算を行って上記到来信号の方位を求める
   方位探知受信装置において、 上記空中線の出力側に設けられ、上記２系列の空中線の
   出力と上記２系列の受信系の入力とを並行に、あるいは
   互いに交差して接続するためのスイッチ回路を備えたこ
   とを特徴とする方位探知受信装置。