JPH0444237B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は互に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
向性アンテナ出力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１
１，１２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＝
Ｏ＋（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式方向探
知信号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４３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＞０、V_E−V_W＞０のとき第１象限 V_N−V_S＞０、V_E−V_W＜０のとき第２象限 V_N−V_S＜０、V_E−V_W＜０のとき第３象限 V_N−V_S＜０、V_E−V_W＞０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
来方位を出力ポート３３を通じて表示器３６に表
示する。以上の処理を中央処理装置２８が実行す
る。

「発明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から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_lcosωt・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項にcosφの項が含まれてい
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。

「問題点を解決するための手段」 この発明によれば８字指向性アンテナの出力と
センスアンテナの出力とを合成した信号を時分割
的に取出し、かつ、その４つの各方向と対応する
検波出力V_N，V_E，V_S，V_Wは従来と同様に検出す
るが、これらについてV_N ²，V_E ²，V_S ²，V_W ²を演
算する。この演算結果から電波到来方向を得てこ
れを表示器に表示する。即ちこの演算をして例え
ば次式を求める。

V_E ²−V_W ²／V_N ²−V_S ²＝4V_l ²Ksinθcosφ／4V_l ²Kcosθc
osφ＝tanθ となり、従つてtan^-1V_E ²−V_W ²／V_N ²−V_S ²を求めること
に よつて電波到来方位θを求めることができる。

「実施例」 この発明による時分割式方向探知機は、その実
施例としては例えば第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。即ち象限判定
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−V²／_S ｜＝D′の演算がなされる（ステツプS₈）。一方メ
モリ３５に、予めtanθの値が0゜〜90゜の範囲内で
変換テーブルとして記憶されてあり、この変換テ
ーブル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）。

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
の電波のチヤネルをチヤネル表示部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。

ループアンテナとセンスアンテナの各出力の合
成の際に、ループアンテナ出力の振幅V_lがセンス
アンテナ出力の振幅V_cより大きいとその合成指
向性は単指向性とならないため正しく方位を決定
することができず誤つた方位を指向する原因とな
る。

このような点より比率Ｋ＝V_c／V_lを測定してこれ を調べることができるようにすることが望まれ
る。このため例えば第５図においてＫ測定ルーチ
ンR₃が設けられ、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）。

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(11)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つ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定最大とする。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。

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_S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。このような点から合成回路１８にお
けるループアンテナ出力とセンスアンテナ出力と
の位相ずれがあるかどうかを調べることができれ
ば便利である。演算器２７の動作に第５図に示す
ように位相ずれ測定ルーチンR₄が設けられる。
これは例えば(12)式を算する（ステツプS₁₇）。

V_N ²＋V_S ²＋V_E ²＋V_W ²／V_N ²−V_S ²＝2K²＋１／2Kcosθco
sφ＝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。

上述においてはデイジタル演算により方位を求
め、方位をデジタル的に表示したが、アナログ的
に演算を行い、アナログ表示を行うこともでき
る。第１０図に第１図と対応する部分に同一符号
を付けて示すが、この例においてはタイミング発
生器１５により検波回路２２の出力が前述したよ
うに各ループアンテナの切換えと同期してピーク
ホールド回路１_N，，１_S，１_E１_Wに順次保持され、
これらピークホールド回路に保持された電圧
V_N，，V_S，V_EV_Wはそれぞれ二乗回路２_N，，２_S，
２_E２_Wで二乗され、これら二乗回路の出力V_N ²，
V_S ²，V_E ²，V_W ²はアンテナ切換えの繰返し周期と
同期して同時にラツチ回路３_N，３_S，３_E，３_Wに
それぞれラツチされる。ラツチ回路３_N，３_Sの出
力は差回路６１によりその差がとられ、差回路６
１よりV_N ²−V_S ²が出力される。またラツチ回路
３_E，３_Wの出力の差が差回路６２によりとられ、
これよりV_E ²−V_W ²が出力される。

一方正弦波発振器６３が設けられ、その発振器
６３の出力は移相回路６４によりπ／２ずらされて 変調回路６５に供給され、また正弦波発振器６３
の出力はそのまま変調回路６６に供給される。こ
れら変調回路６５，６６においてその入力された
正弦波信号の振幅が差回路６１，６２によつて制
御され、つまりこれら差回路の出力と対応した振
幅の正弦波信号が変調回路６５，６６より出力さ
れる。変調回路６５の出力は陰極線管表示器６７
の縦軸偏向回路に供給され、変調回路６６の出力
は横軸偏向回路に供給される。この結果、陰極線
管表示器６７には電波の到来方向に応じて到来方
向を指示する輝線６８が表示される。

この第１０図に示した実施例において、差回路
６１，６２、正弦波発振器６３、移相回路６４、
変調回路６５，６６を省略して、点線で示すよう
に、ラツチ回路３_Nの出力V_N ²とラツチ回路３_Sの
出力V_S ²とを陰極線管表示器６７の垂直偏向回路
に供給し、またラツチ回路３_E，３_Wの各出力V_E
^２，V_W ²を陰極線管表示器６７の水平偏向回路へ
供給してもよい。この場合は輝点として方向が表
示されることになる。

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の方向などを用いること
ができる。

「発明の効果」 以上述べたようにこの発明によれば、８の字形
指向性アンテナのその指向方向が90゜間隔の四つ
の方向に向いた時の各出力を得ると共に、センス
アンテナ出力とを合成した信号を時分割的に取出
す方式において、その各四つの時分割信号を二乗
して処理することによつて、センスアンテナ出力
と８の字指向アンテナ出力との合成回路における
位相差があつてもこれに影響されることなく、正
しく方向を指示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来及びこの発明に適用することがで
きる時分割式方向探知器を示すブロツク図、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図はこの発明におけるデ
ジタル演算処理によつて方位測定を行う場合の動
作例を示す流れ図、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、第１０図は
表示を陰極線管表示器を用いる場合にこの発明を
適用した方向探知機の例を示すブロツク図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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合成する合成回路と、 こ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方向に指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
   る演算手段と、 これら演算結果から（V_N ²−V_S ²）／（V_E ²−
   V_W ²）＝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
   を具備する時分割式方向探知器。