JPH09236648A - 方向探知機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】持続時間の短い電波の到来方向を効率良く、か
つ正確に測定できる方向探知機を提供する。 【構成】円周上に等角度で配置した複数のアンテナで構
成したアンテナ系と、この出力を切換走査する切換回路
と、出力される位相変調波を受信・増幅する受信器と、
検波器出力処理するアナログ信号処理器と、処理された
アナログ信号をＡＤ変換して得られるディジタルＩＱデ
ータを処理するディジタル信号処理器で構成したことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のアンテナ出力を
切換えて得られる受信信号の位相変化から、電波の到来
方向を測定する方向探知機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の方向探知機として循
環切換型ドップラ方向探知機がよく知られている。これ
は円周上に配置した複数のアンテナを順次、循環状に切
換走査して受信し、受信信号中の各切換によって生じる
位相変化を検出して得られる、切換走査と同期した低周
波信号の位相から受信信号の到来方向を測定するように
している。探知しようとする電波は通常、音声で変調さ
れた周波数変調波やデータで変調された位相変調である
から、切換走査によって生じた位相変化が受信電波の変
調による位相変化の中に埋没して、方向探知効率を逓減
する。この効率を上昇するため、受信回路を２系統用意
し、一方の受信回路で切換走査された信号を受信し、他
の一方の受信機ではアンテナ系の中点に設けた無指向性
アンテナの出力をそのまま受信して変調信号成分を取り
出し、これら両受信出力の差から切換走査によって生じ
た位相変化のみを検出するようにしていた。また、切換
走査は変調信号成分の多く含まれる周波数帯域を避ける
ために低い周期で行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような方法では、
２系統の受信回路が必要であり装置が複雑になるばかり
でなく、二つの受信回路の位相・振幅特性を厳密に合致
させることが要求されるから、煩雑な調整と高度な温度
管理が必要となる。このような煩雑さを避けるため、切
換走査を高速で行い、方位情報を持つ位相変化の周期が
変調周波数の上限になるようにし、濾波器によって分離
することも考えられるが、この方法では受信信号の占有
帯域幅が大きくなり、受信帯域幅を拡げる必要がある。
このため受信の選択特性が劣化することになり、混信に
弱くなるという不都合が生ずる。また、切換走査を低速
で行なった場合、方向探知に時間がかかり、バースト信
号のような発射時間の短い電波の方向探知ができないと
いう不都合が生ずる。

【０００４】したがって、このような難点を解消するこ
とが課題であり、本発明は受信回路が１系統のみで構成
される簡易な装置で、かつ、短時間発射信号の探知がで
きる装置を実現することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる方向探知
機は、短時間発射の電波の持続時間内で方位検出に必要
な位相変化が得られるように高速で切換走査を行う。ア
ンテナで切換走査された受信信号を位相検波すると、受
信信号自体の変調信号と、到来方向を位相とする切換走
査に同期した周波数の信号とが重畳した信号が出力され
る。これを切換走査の基準となる低周波信号と、これと
９０度位相の異なる低周波信号で同期検波すると受信信
号の到来方向の角度の正弦と余弦に比例した直流成分と
変調信号と切換走査の低周波信号とのビート周波数成分
とが出力される。これを積分回路にかけると直流分のみ
を得ることができる。この積分出力の比から受信信号の
到来方向を算出することができる。しかしながら、短時
間発射の電波に対しては積分時定数を大きくすることが
できないので精度よく直流分を取り出すことができな
い。そこで、この積分動作をディジタル処理で行う。い
ま、たとえば１０ｍｓの持続時間を持つ電波の方向を探
知しようとすると、１０ｍｓで積分を完了する必要があ
る。まず、同期検波器の出力をＡＤ変換器でディジタル
に変換する。このディジタル値を１０ｍｓの間累積し、
平均値を求める。２系統の演算によって得られるデータ
の数値と極性とから逆正接を算出する。

【０００６】

【作用】上記の手段によると、積分の効果は同期検波に
使用した基準低周波信号の周波数を中心とし、４ｄＢ帯
域幅を積分時間の逆数とする帯域通過瀘波器として現れ
る。したがって、受信信号自体の持つ変調波成分の殆ど
は除去することができ、電波の到来方向を位相とする切
換走査に同期した周波数の信号を効率良く抽出すること
ができる。また、短時間発射電波に対しても精度の良い
位相値を捕捉、記憶することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明による方向探知機の構成を
示す図である。 図において、１は、アンテナ系で９０
度の方向間隔をおいて配置した垂直ダブレットアンテナ
Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｗで構成してある。２は、アンテナ系の中
央に設けた切換回路で、切換信号発生回路４１からの切
換信号によってＮＳＥＷの順序で切換走査して電波を受
信する。切換回路２で切換走査した受信信号は、アンテ
ナ間隔、周波数、受信電波の到来角、切換周期をパラメ
ータとする位相変調を受けている。

【０００８】この受信信号は、高周波・中間周波増幅器
３１、振幅制限増幅器３２、ＦＭ検波器３３で構成され
る受信部３に与えらえる。 高周波・中間周波増幅器３
１は、アンテナ系２の出力を受けて、所要の中間周波信
号レベルにまで増幅する。振幅制限増幅器３２は、前記
中間周波信号を一定レベルになるように振幅を制限し、
振幅変調成分を除去する。 ＦＭ検波器３３は、振幅制
限を受けた中間周波信号をＦＭ検波して低周波信号を出
力する。 この検波出力には、受信信号自体の変調信号
と、アンテナ系２の切換走査によって発生する電波の到
来方向を位相とする切換周期と同期した低周波信号とが
含まれている。

【０００９】４は、アナログ信号処理部で切換信号発生
器４１、同期信号発生器４２、及び同期検波器４３で構
成されている。 同期信号発生器４２は、ディジタル信
号処理部５からのクロック信号を受けてアンテナ切換周
期を１サイクルとする互いに９０度位相差持つ２つの低
周波信号を同期検波の基準信号Ｉ・Ｑとして出力する。
また、この２つの基準信号を切換信号発生器４１に出力
する。 切換信号発生器４１は、２つの基準信号からア
ンテナ切換走査をするための４相の切換信号を作成し、
電力増幅してからアンテナ系２に送出する。同期検波器
４３Ｉ及び４３Ｑは、積算回路であり、前記ＦＭ検波器
３３の出力と同期信号発生器４２の２つの出力基準信号
Ｉ・Ｑとの積算を別々に行う。 この結果同期検波器４
３Ｉからは、受信信号の到来角の余弦に、同期検波器４
３Ｑからは、正弦に比例した直流項と受信信号の変調波
と基準信号のビート周波数の信号が重畳した信号が出力
される。

【００１０】５は、ディジタル処理部で２系統のＡＤ変
換器５３Ｉ、５３Ｑとマイクロプロセッサとその周辺素
子で構成した演算器５２、及び表示器５１で構成してあ
る。ＡＤ変換器５３Ｉ、及び５３Ｑは、同期検波器４３
Ｉ、４３Ｑの出力信号をそれぞれディジタル値に変換す
る。これらのＡＤ変換は、サンプリング周期が切換走査
周期に１／４になるように演算器５２からのクロック信
号で駆動される。演算器５２は、上記２つのディジタル
値を受けて所定の時間間隔で累積する。この時間間隔
は、意図する短時間発射電波の持続時間から決定され
る。 上記処理におけるタイムシーケンスは、例えば切
換走査３．２ｋＨｚ、測定を意図する短時間発射電波を
１０ｍｓとすると、ＡＤ変換サンプリング周波数は、１
２．８ｋＨｚに、累積時間間隔は、１０ｍｓに設定され
る。上記累積演算の結果は、基準低周波成分について
は、Ｉ系では受信電波の到来角の余弦に、Ｑ系では、正
弦に比例したディジタル値が得られると同時に累積時間
間隔の逆数の周波数を４ｄＢ通過帯域幅とする帯域通過
濾波器として動作する。上記の例のようにタイムシーケ
ンスを設定すると、中心周波数３．２ｋＨｚ、４ｄＢ帯
域幅±５０Ｈｚの帯域通過濾波器として動作することに
なる。この結果受信信号自体の変調波成分は、殆ど濾過
されて、アンテナ系の切換走査によって生ずる受信信号
の到来方向に起因する成分を正確に取得できる。

【００１１】演算器５２では、さらに累積演算結果の絶
対値の有効最高ビットから下位に所定のビット数のデー
タを平均値として以下の方位演算に使用する。例えば、
上記タイムシーケンスで動作させる場合、ＡＤ変換器５
３に８ビットの素子を使用したとすると、１ｍｓの間に
累積される最大値は２５６×１２８となり１５ビットの
データが得られる。この上位８ビットのデータは累積値
を１２８で除した平均値である。しかしながら、Ｉ系、
Ｑ系のデータ周波数、アンテナ間隔、電波の到来方向の
関数であり、必ずしも最大値となることはない。したが
って有効ビットを常に８ビットとするには、Ｉ系、Ｑ系
の累積値のうち、絶対値が最大となるビットを基準に下
位８ビットのデータを平均値データとすればよい。

【００１２】上記の処理によって得られたＩ系、Ｑ系の
平均値の比の逆正接を演算することによって受信信号の
到来方向を得ることができるが、逆正接値には、１８０
度の不確定性がある。 この不確定性は、Ｉ系、Ｑ系の
符号を勘案することで解消することができる。本実施例
においては、Ｉ系、Ｑ系を行、列とし、演算結果を対応
する番地に記憶したＲＯＭから各平均値で指定された数
値を瞬時に読み出すようにしてある。

【００１３】以上のようにして受信信号の到来方向は算
出されるが、短時間発射電波の捕捉測定を含めた信号処
理の方法について図２を参照して説明する。図２は上記
例のタイムシーケンスで信号処理が行われる場合の系列
を示すもので、これらの処理は、全て演算器５２のなか
でソフトウェアによって実行される。Ｓ１Ｉ、Ｓ１Ｑで
読み取られたＩ系、Ｑ系のデータは、それぞれＳ２Ｉ、
Ｓ２Ｑで１６データ分１．２５ｍｓ毎に累積される。こ
の累積値は、最大１２ビットのデータとなるので上位８
ビットを有効ビットとし、σＩ、σＱとして取り出す。
このσＩ、σＱは上記累積によって、４ｄＢ帯域幅８０
０Ｈｚの濾波器で濾波をされたデータとなっている。Ｓ
３は、絶対値Ｓ＝（σＩ^２＋σＱ^２）^１／２を記憶した
ＲＯＭで、σＩ、σＱを行、列として絶対値Ｓを読み出
す。このとき、無信号であればＦＭ検波器３３の出力
は、雑音のみであり、同期検波器４３Ｉ、４３ＱとＳ２
Ｉ、Ｓ２Ｑの累積による濾波効果によって、その累積値
σＩ、σＱは非常に小さく、その絶対値Ａも殆ど０とな
る。信号が入感すると、同期成分が４サイクル分累積さ
れるから絶対値Ｓは、アンテナ間隔、受信周波数で決ま
る特定値に近い値をとる。 この値は、ＦＭ検波器３３
以後の回路に遅延要素を持たないので信号入感から累積
時間１．２５ｍｓ後に検出される。この特定値の最小値
が十分検出できるしきい値を基準値Ｋとする。Ｓ４で
は、Ｓ３で読み出された絶対値Ａが基準値Ｋと比較され
る。Ｓ４の結果がＡ＞Ｋなるときには、ゲイトＳ５Ｉ、
Ｓ５ＱをひらきＳ２Ｉ、Ｓ２ＱのデータσＩ、σＱを通
過させ、Ｓ６Ｉ、Ｓ６Ｑで８データ分累積しΣＩ、ΣＱ
とする。Ｓ７は、ΣＩ、ΣＱを行、列とする番地にｔａ
ｎ^−１（ΣＱ／ΣＩ）を記憶したＲＯＭでΣＩ、ΣＱで
ｔａｎ^−１（ΣＱ／ΣＩ）、すなわち受信電波の到来角
を読み出すようにしてある。Ｓ７で得られた方位角は、
Ｓ８で蓄積記憶され、例えばヒストグラム表示や極座標
表示できるように画像処理される。

【００１４】図１において５１は、表示器で上記Ｓ８ス
テップで画像処理された結果を表示する。

【発明の効果】本発明の方向探知機によれば、バースト
信号、救難信号等の短時間発射の電波の方向を迅速に測
定することができる。また、短時間測定ができるので、
生態研究等に使用される位置通報用の発振器の発射時間
を短くすることが可能となり、観測期間を大幅に延長す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による方向探知機の構成を示
す図である。

【図２】本発明の一実施例による信号処理の系統を示す
図である。

【符号の説明】

１ アンテナ系 ２ 切換回路 ３ 受信器 ３１ 高周波・中間周波増幅器 ３２ 振幅制限器 ３３ ＦＭ検波器 ４ アナログ信号処理器 ４１ 切換信号発生器 ４２ 同期信号発生器 ４３ 同期検波器 ５ ディジタル信号処理器 ５１ 表示器 ５２ 演算器 ５３ ＡＤ変換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周上に等角度で配置した複数のアンテ
   ナの出力を、切換走査して位相変調波を生成させ、この
   位相変調波を検波して得られる、前記切換走査に使用し
   た低周波信号と同期した低周波信号の位相から受信した
   電波の到来方向を探知する方向探知機において、 ａ）検波出力を前記切換走査に使用した低周波信号の
   内、基準となる低周波信号とこれと９０度位相差をもつ
   低周波信号で位相検波する２組の位相検波手段と、 ｂ）前記位相検波手段の出力をディジタル値に変換する
   ２組のＡＤ変換手段と、 ｃ）このディジタル値を所定の時間累積する２組の積分
   手段とを具備し、前記２組の積分手段の出力の比の逆正
   接から電波の到来方向を探知するようにしたことを特徴
   とする方向探知機