JPH0424462Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案は互に90度ずれた４つの方位に８字形
指向性アンテナの指向方向を向けた時の各アンテ
ナ出力を時分割的に取出し、その各出力と無指向
性アンテナとを合成し、その合成出力を検波し、
その検波出力を演算して電波到来方向を探知する
時分割式方向探知機に関する。

「従来の技術」 第１図に従来の時分割式方向探知機を示す。二
つのループアンテナ１１及び１２が直交して配さ
れ、ループアンテナ１１の指向方向は南北方向、
ループアンテナ１２の指向方向は東西方向に向い
ているとする。ループアンテナ１１，１２は、指
向性アンテナ取出し手段を構成するアンテナ切替
器１３，１４に接続されている。アンテナ切替器
１３，１４は例えばダイオードスイツチ回路であ
り、これらアンテナ切替器１３，１４はタイミン
グ信号発生器１５から出力される第２図Ｂ〜Ｅに
示すような例えば40Hzの周波数を持つタイミング
信号により切替制御され、ループアンテナ１１，
１２に誘起された信号Ｎ−Ｓ，Ｅ−Ｗその極性を
切替えた信号Ｓ−Ｎ，Ｗ−Ｅが時分割的に取出さ
れる。つまり８字形指向性アンテナの指向方向を
90度互に異なる４つの方向に向けた時の４つのア
ンテナ出力が時分割的に取出されたことになる。
一方、無指向性のセンスアンテナ１６に誘起され
た信号Ｃは移相回路１７で90度位相がずらされ、
ループアンテナ１１，１２の出力信号と同位相と
され、合成回路１８で時分割的に取出されたルー
プアンテナ１１，１２の信号と合成される。合成
回路１８からV_N＝Ｃ＋（Ｎ−Ｓ），V_E＝Ｃ＋（Ｅ−
Ｗ），V_S＝Ｃ＋（Ｓ−Ｎ），V_W＝Ｃ＋（Ｗ−Ｅ）に
相当する４種の電圧V_N，V_E，V_S，V_Wが得られ
る。

合成回路１８の出力電圧信号V_N，V_E，V_S，V_W
は受信機１９内の高周波回路２１へ供給され、高
周波回路２１の出力は検波回路２２で検波され、
その検波出力は必要に応じて低周波増幅器２３を
通じてスピーカ２４へ供給され、受信信号を音と
して聴くことができる。

検波回路２２から得られる上記時分割信号V_N，
V_E，V_S，V_Wはピークホールド回路１_N，１_E，１
_Ｓ，１_Wにそれぞれ尖頭値が保持され、ピークホー
ルド回路１_N，１_E，１_S，１_Wから安定した値を持
つピークホールド電圧を得る。そのピークホール
ド電圧はマルチプレクサ２５によつて選択的に取
出され、AD変換器２６により、クロツクCP₁（第
２図Ａ）の周期で各時分割信号V_N，V_E，V_S，V_W
はデイジタル信号に変換され、そのデイジタル信
号は演算器２７に取込まれる。

演算器２７はこの例ではマイクロコンピユータ
によつて構成した場合を示す。マイクロコンピユ
ータは周知のように中央処理装置２８と、読出専
用メモリ２９と、書込読出可能なメモリ３１と、
入力ポート３２と、出力ポート３３とによつて構
成され、これらの各要素はバスライン３４によつ
て相互に接続され、読出専用メモリ２９に記憶し
たプログラムを中央処理装置２８が順次読出し解
読実行することにより所定の動作が行われる。

タイミング発生器１５は演算器２７の出力ポー
ト３３からクロツク信号CP₂の供給を受けてタイ
ミング信号Pa〜Pd（第２図Ｂ〜Ｅ）及びクロツク
CP₁（第２図Ａ）を作つている。従つて演算器２
７の動作とAD変換器２６から入力されるデイジ
タル信号とは同期がとれており、演算器２７は時
分割信号V_N，V_W，V_S，V_Eをそれぞれ判別して取
込むことができる。

入力ポート３２を介して取込んだ時分割信号
V_N，V_W，V_S，V_Eはそれぞれ書込読出可能なメモ
リ３１に設けた各領域に記憶される。ループアン
テナの８字形指向特性４１（第３図Ａ）とセンス
アンテナの無指向特性４２とを合成するとカーデ
イオイド特性４３が得られる。合成回路１８の出
力電圧V_N，V_E，V_S，V_Wは第３図Ｂに示すよう
に、カーデイオイド特性を北、東、南、西にそれ
ぞれ向けた時の出力電圧と対応し、第２図Ｆに示
す例は、矢印４４で示すように北方向から電波が
到来した時の時分割信号である。このような関係
にあるから、電波到来方位の象限は次のようにし
て決定される。

V_N−V_S＞Ｏ，V_E−V_W＞Ｏのとき第１象限 V_N−V_S＞Ｏ，V_E−V_W＜Ｏのとき第２象限 V_N−V_S＜Ｏ，V_E−V_W＜Ｏのとき第３象限 V_N−V_S＜Ｏ，V_E−V_W＞Ｏのとき第４象限 また（V_E−V_W）／（V_N−V_S）のベクトル演算
を実行する。このベクトル演算によつて得られる
数値Ｄはtanθ（θは電波到来方向と対応）を表わ
し、このＤの値からメモリ３５に記憶した変換表
を参照して角度θを求める。この角度θと先に求
めた象限とから電波到来方位を求める。つまり第
１象限と判定したときはθ°を到来方位とし、第２
象限と判定したときは角度値（360−θ）°を使
用し、第３象限と判定したときは（180＋θ）°
を到来方位とし、第４象限と判定したときは
（180−θ）°を到来方位とする。この得られた電
波到来方向を出力ポート３３を通じて表示器３６
に表示する。以上のθ処理を中央処理装置２８が
実行する。

「考案が解決しようとする問題点」 いま電波到来方向が北に対しθ方向である時、
ループアンテナ１１より得られる電圧の振幅は第
４図Ａに示すようにV_Y＝V_lcosθとなり、ループ
アンテナ１２が得られる電圧の振幅は第４図Ｂに
示すようにV_X＝V_lsinθとなる。センスアンテナ
１６から得られる電圧の振幅をV_C（V_l≦V_C）と
し、合成回路１８でのループアンテナ出力と、セ
ンスアンテナ出力との位相ずれをφ、到来電波の
角周波数をωとするとループアンテナ１１の出力
は V_lcos〓^t・cosθ (1) となり、センスアンテナの出力は V_Ccos（ωt＋φ） (2) となる。(1)式と(2)式とを加えると(3)式となる。

（V_lcosθ＋V_Ccosφ）cosωt −V_Csinφ・sinωt (3) (3)式の振幅値は V_N＝｜V_Y＋V_C｜ ＝V_l√²＋2・＋² (4) ここでＫ＝V_c／V_l となる。同様にして信号V_E，V_S，V_Wはそれぞれ
次式となる。

V_E＝｜V_X＋V_C｜ ＝V_l√²＋2・＋² (5) V_S＝｜V_Y−V_C｜ ＝V_l√²−2・＋² (6) V_W＝｜V_X−V_C｜ ＝V_l√²−2・＋² (7) 従来においては先に述べたように次式を求めて
いる。

V_E−V_W／V_N−V_S＝tanθ (8) このV_N，V_E，V_S，V_Wはそれぞれ(4)乃至(7)式に
示すようにその第２項がcosφの項となつている
ため、合成回路１８におけるループアンテナ、セ
ンスアンテナの各出力の位相ずれφに応じて各検
波出力値V_N，V_E，V_S，V_Wが変化し、このため正
しい方位を演算することができなくなる。

合成回路１８におけるループアンテナとセンス
アンテナの各出力の位相が同位相である場合は、
第９図Ａに示すようにそのアンテナの電圧V_l，
V_Cが等しい時合成出力は最大でV_lの２倍、最小
でゼロとなり、ゼロと2V_lとの間で変化する。一
方合成回路１８におけるループアンテナ出力とセ
ンスアンテナ出力の位相にずれがあると、第９図
Ｂに示すようにこれらの出力はベクトル和となる
ため、その最大振幅V_nは2V_lより小さな値とな
る。合成回路１８における両アンテナ出力に位相
ずれが生じると、方位に応じて得られる振幅の変
化範囲が狭くなり、従つて例えばAD変換器２６
における変換ビツト数が制限されているという点
から、方位演算精度が劣化し、方位測定の分解能
が低下する。

これらの点から位相ずれφをできるだけ小さく
することが望まれる。このため従来においては、
この位相ずれφを測定する位相測定器を用いてい
た。このように位相測定器を特に設けることは好
ましくない。

「問題点を解決するための手段」 この考案によれば、時分割式方向探知機におい
て、方位θと、ループアンテナ出力V_lに対するセ
ンスアンテナ出力V_Cの比率Ｋ＝V_C／V_lと、少くとも 時分割信号中へV_N，V_Sとを用いて位相ずれφを
演算する手段が設けられる。

例えば V_N ²＋V_S ²＋V_E ²＋V_W ²／V_N ²−V_S ²＝2K²＋１／2Kcosθ・
cosφ＝Ｂ を演算し、このＢと、方位θと、比率Ｋとから φ＝cos^-1（2K²＋１／2BKcosθ） を演算して位相差φを求める。

あるいは V_N ²＋V_S ²／V_N ²−V_S ² ＝K²＋cos²θ／2Kcosθ・cosφ＝Ｃ を演算し、このＣと、方位θと、比率Ｋとから φ＝cos^-1（K²＋cos²θ／2BKCcos〓） ＝cos^-1（2K²＋１＋cos²θ／4KCcos〓） を演算して位相差φを求める。

「実施例」 この考案による時分割式方向探知機はその装置
としては例えば第１図に示したものと同一のもの
を使用することができ、演算器２７における演算
処理を変更すればよい。その演算器２７における
処理動作の例を第５図に示す。この例では電波到
来方向θを演算するためにV_N ²，V_E ²，V_S ²，V_W ²
を求めて行うようにした場合である。このように
すると位相ずれφに影響されることなく、正確に
方位θを求めることができる。象限判定ルーチン
R₁は、先に「従来の技術」の項で述べた乃至
によつて第１象限乃至第４象限の何れであるか
を、つまりV_N，V_E，V_S，V_Wを使つて決定しても
よいが、この象限判定は第６図に示す関係を利用
してV_N ²，V_E ²，V_S ²，V_W ²を使つてステツプS₁乃
至S₇によつて行つてもよい。ステツプS₄乃至S₇に
おいて決定された何れかの象限が読書き可能なメ
モリ３１に記憶される。

一方角度演算ルーチンR₂において｜V² _E−V² _W／V² _N−V
² _S ｜＝D′の演算がなされる（ステツプS₈）。次に変
換テーブルを参照し、つまりステツプS₈の演算結
果D′をアドレスとしてメモリ３５を読出して
tan^-1D′の角度θを求める（ステツプS₉）。なお変
換テーブル３５にはtanθの値とθ＝0°〜90°との
関係を予め記憶しておく。

次に先に求めた象限判定ルーチンR₁の結果に
応じて、それが第１象限の時はθ°を、第２象限の
時は（360−θ）°、第３象限の時は（180＋θ）
°を、第４象限の時は（180−θ）°を演算して
方位角を得る（ステツプS₁₀）。方位測定を一定時
間ごとに行い、その複数回分例えば20回分又は40
回分の方位測定結果を読書き可能なメモリ３１に
記憶しておき、新しい方位測定結果が得られるご
とに最も古い方位測定結果を消すようにし、常に
得られている最も新しい20回分又は40回分の方位
測定結果の平均値を求め（ステツプS₁₁）、更にそ
の平均した方位測定結果に対し、アンテナの配置
などによつて生じる固定誤差の補正を行い（ステ
ツプS₁₂）、その補正された電波到来方位を表示器
３６に表示する（ステツプS₁₃）。

表示器３６による表示は例えば第７図に示すよ
うに、方位角表示部５１に電波到来方位をデジタ
ル値として、表示し、また必要に応じて周波数表
示部５２にその受信電波の周波数を表示し、更に
その電波のチヤンネルをチヤンネル表示部５３に
表示する。また、アナログ表示部５４に電波の到
来方位θを線状表示５５により行う。この線状表
示は例えば液晶表示器において36本の線状電極を
放射状に形成し、その線状電極の１本を選択して
10度単位で表示する。第１図においてキーボード
３７より第５図におけるステツプS₁₁での平均回
数を20或は40に指定することができる。

この考案においては位相差φの演算に比率Ｋを
必要とするが、そのＫを求めるため、この例では
θとV_N，V_E，V_S，V_Wとを用いた演算を行う。す
なわちＫ測定ルーチンR₃で次の演算を行う（ス
テツプS₁₄）。

V_E ²＋V_W ²／V_N ²＋V_S ² ＝2V_l ²（K²＋sin²θ）／2V_l ²（K²＋cos²θ）＝Ａ
(10) 次にこの(10)式からＫが次式により求められる
（ステツプS₁₅）。

Ｋ＝√sin²θ−Acosθ／Ａ−１ ＝√（１−cos2θ）−Ａ（１＋cos2θ）／２（Ａ−１
）（11） 第１図の演算器２７内にメモリ３８を用意し、
このメモリ３８に、予めcosθの値を0°乃至90°の
範囲内で記憶しておき、ステツプS₉で得たθによ
りこのメモリ３８を参照してcosθを求め、更にそ
の値を用いて〓式を演算することによつてＫを求
めることができる。この演算した結果を表示し、
その表示を見て１以上か否かに応じてこれが１以
上になるように調整すればよい。

このＫの表示は例えば表示器３６において第８
図に示すようにチヤンネル表示部５３に表示する
（ステツプS₁₆）。またその際に周波数表示部５２
に各時分割信号値V_N，V_E，V_S，V_Wの検波出力レ
ベルを表示してもよい。

更に場合によつてはこのような表示を行うと共
に或いはこのような表示を行うことなく、演算器
２７で演算したＫの値が１以上であるか否かの判
定を行い、１より小さい場合は出力ポート３３を
通じて、センスアンテナ１６と合成回路１８との
間に挿入されたレベル調整器５５を１ステツプだ
け制御し、つまりセンスアンテナの出力V_Cを１
定量大とする。センスアンテナ出力V_Cがループ
アンテナ出力V_lと同一乃至後者より大きくなるま
でＫの演算とレベル調整器５５に対する１ステツ
プごとの制御と調整とを自動的に行うことによつ
てＫを１以上とすることもできる。

この考案では合成回路１８の入力側におけるル
ープアンテナ出力とセンスアンテナ出力との位相
差φを測定する位相ずれ測定ルーチンR₄が設け
られる。すなわち例えば（12）式を演算する（ス
テツプS₁₉）。

V_N ²＋V_S ²＋V_E ²＋V_W ²／V_N ²−V_S ² ＝2K²＋１／2Kcosθcosφ＝Ｂ （12） このＢと先に求めた比率Ｋ及び角度θとから次
の（13）式を演算して位相ずれφを求める（ステ
ツプS₁₈）。

φ＝cos^-1（2K²＋１／2BKcosθ） （13） この演算した位相ずれφを表示器３６に表示す
る（ステツプS₁₉）。この表示は第８図に示すよう
に方位角度表示部５１にその演算した位相角φを
デイジタル表示すると共に、アナログ表示部５４
に位相角φを同様にアナログ表示する。

この位相ずれφの演算は次のようにしてもよ
い。

即ち V_N＋V_S／V_N ²−V_S ＝K²＋cos²θ／2Kcosθcosφ ＝Ｃ （14） このＣと先に求めた角度θ及び比率Ｋを用いて
次式を演算すればφが求まる。

φ＝cos^-1（K²＋cos²θ／2KCcosθ） ＝cos^-1（2K²＋１＋cos2θ／4KCcosθ）（15） このようにして演算された位相ずれφを表示器
３６に表示してその表示結果から90°移相回路１
７における移相量を調整して位相差φがゼロ乃至
所定値以下となるようにすればよい。これも自動
的に行うようにすることができる。即ち演算器２
７で位相ずれφが所定値以上か否かを判定し、所
定値以上の場合は出力ポート３３より90°移相回
路１７を制御してその位相差φが所定値だけ小さ
くなるようにし、更に演算を行つてφを求めて、
再び所定値だけ移相回路１７の移相量を調整する
ことを繰返してφが所定値以下になるようにす
る。このように自動調整するようにする場合は位
相ずれφの表示を行わなくてもよい。

この位相差φの演算は±90°の範囲内で5°又は
10°単位の粗いものでよい。従つて位相差φの計
算は四捨五入で10°単位でアナログ表示部５４に
表示するのみでもよい。このアナログ表示部５４
は10°単位で、即ち線状パターンを36本等角間隔
で設けたものを用いればよい。一方tanθの値は０
乃至90°の範囲内で0.2°間隔でメモリ３５に記憶し
ておき、これにより四捨五入演算によつて方位角
θは1°単位で方位角表示部５１にデジタル表示
し、アナログ表示部５４には10°単位で表示する。
またcosθはメモリ３８に０乃至90°の範囲で0.2°間
隔で記憶していけばよく、比率Ｋの計算は四捨五
入で0.0乃至9.9の表示をデジタル表示すればよ
い。この比率Ｋ位相差φの演算は保守、点検の際
に行い、その表示を見てセンス調整やセンス点検
時の調整レベルの目安とすることもでき、或いは
先に述べたように自動調整するようにしてもよ
い。

方位測定か、比率Ｋの測定か、位相ずれφの測
定かはキーボード３７よりの入力により決定され
る。

第１図においてピークホールド回路1_N，1_E，
1_S，1_Wのそれぞれの出力を点線で示すように二乗
回路2_N，2_E，2_S，2_Wに供給して二乗演算を行い、
その二乗演算された出力をマルチプレクサ２５よ
り順次切換えて取出してもよい。このようにする
ことによつて演算器２７における二乗演算を省略
することができる。

上述においては８の字指向性ループアンテナを
用いたが、アドコツクアンテナを用いてもよい。
またこれらループアンテナ或いはアドコツクアン
テナを二組用いることなくその一つのみを用いて
アンテナ自体を回転し、或いは二組の固定アンテ
ナを用いてゴニオメータによつて等価的に指向方
向を回転し、その出力をセンスアンテナ出力と合
成し、その合成出力を、その指向方向が90°離れ
た四つの角度位置に対応した点でそれぞれ取出す
ようにしてもよい。勿論アンテナ指向方向の四つ
の方向としては東西南北の四方向に限らず、例え
ば移動体に搭載されている時はその機首方向を基
準とした互に直角な四つ方向などを用いることが
できる。

「考案の効果」 以上述べたようにこの考案によれば、時分割式
方向探知機において、その方位θを演算するため
演算器２７を用いて位相ずれφを演算することが
でき、位相差測定器を特に設ける必要はない。

なお比率Ｋは必ずしも〓式によることなく、他
の手段により求めたものを利用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来及びこの考案に適用することがで
きる時分割式方向探知機を示すブロツク図、第２
図は第１図におけるアンテナ切替信号とアンテナ
合成回路より得られた時分割信号との関係を示す
図、第３図は８の字指向性特性と指向性アンテナ
の合成特性及びその切替回転時の特性を示す図、
第４図はループアンテナ１１の特性と電波到来方
向とそれぞれのループアンテナに誘起された電圧
振幅の例を示す図、第５図はこの考案における比
率Ｋを求める手段及び位相ずれφを求める手段の
一例を示す流れ図、第６図は二乗出力と象限との
関係を示す図、第７図は表示器の方位測定表示例
を示す図、第８図は比率Ｋ及び位相ずれφの指示
例を示す図、第９図はループアンテナ出力とセン
スアンテナ出力との合成回路における位相ずれに
基づく振幅変化を説明するための図である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 電波到来方向探知面における互に90度ずれた第
   １、乃至第４方向に、８字形指向性アンテナの指
   向方向を向けた時の８字形指向性アンテナの出力
   を時分割的に取出す指向性アンテナ出力取出し手
   段と、 その指向性アンテナ出力取出手段の出力とセン
   スアンテナの出力とをほヾ同位相で合成する合成
   回路と、 その合成回路の合成出力を検波する検波回路
   と、 上記第１、乃至第４方向に上記指向方向が向い
   た時と対応する上記検波回路の検波出力V_N，V_E，
   V_S，V_Wをそれぞれ自乗演算してV_N ²，V_E ²，V_S ²，
   V_W ²を得る手段と、 これら演算結果から（V² _N−V² _S）／（V² _E−V²
   _Ｗ）＝Ｄを演算する手段と、 その演算結果からＤ＝tan^-1θを満すθを求め
   る手段と、 そのθを電波到来方位として表示する表示器
   と、 上記合成回路の入力側における上記ループアン
   テナ出力に対する上記センスアンテナ出力の比率
   Ｋを求める手段と、 上記電波到来方向θと、上記比率Ｋと、上記検
   波出力中の少くともV_N，V_Sとを用いて、上記合
   成回路におけるセンスアンテナ出力と上記８字形
   指向性アンテナ出力との位相差を演算する手段と
   を具備する時分割式方向探知機。