JP2016223851A - 測角装置、レーダ装置、及び測角方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な信号処理を要することなく、到来する電波の入射角を高精度に推定することのできる測角装置を提供する。【解決手段】測角装置１は、一方向に配列したアンテナ（Ａ）１１、アンテナ（Ｂ）１２、アンテナ（Ｃ）１３を備える。規格化差信号生成部２０は、アンテナ（Ａ）１１の分配信号とアンテナ（Ｂ）１２の分配信号との差信号をアンテナ（Ｃ）１３の分配信号で除算した第１規格化差信号と、アンテナ（Ａ）１１の分配信号とアンテナ（Ｃ）１３の分配信号との差信号をアンテナ（Ｂ）１２の分配信号で除算した第２規格化差信号と、を生成する。第１規格化差信号に基づいて電波到来角が一意に推定できない場合は、第２規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーダに到来する電波の到来角を推定する測角装置、レーダ装置、及び測角方法に関する。

レーダに到来する電波の到来角を高い精度で推定する方法として、モノパルス測角方法が知られている。これは、電波を受信する複数のモノパルスアンテナの出力信号の差信号と和信号を生成し、差信号を和信号で除することで得られる規格化差信号に基づいて、電波の到来角を推定する方法である。

このモノパルス測角方法において、所望の到来波は直接波だけでなく、到来する経路中での反射・散乱により生じたマルチパルス波の影響を受け、到来角の推定精度が劣化するという問題がある。この問題に対して、モノパルスアンテナの出力信号を処理する過程で推定精度の劣化を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２）。

特許文献１に記載の測角装置は、モノパルスアンテナの和信号であるΣチャネル受信信号と差信号であるΔチャネル受信信号の周波数スペクトルを用いて、マルチパス波と直接波とを分離し、直接波のみの成分から直接波の到来方向を推定している。

より詳細には、Σチャネル受信信号の周波数スペクトルから各到来波の遅延時間を超分解能アルゴリズムで正確に推定し、各到来波が混合する係数行列を推定する。推定した係数行列を共通に用いて、Σチャネル、Δチャネルに含まれる所望波（直接波）の成分を逆推定することにより分離抽出する。そして、分離抽出した直接波の成分を用いてモノパルス測角を実行する。このため、マルチパス波など不要な干渉が存在しても直接波の到来角を正確に推定することができると説明されている。

また、特許文献２に記載の測角装置は、モノパルスアンテナとは別の補助アンテナを用意し、各アンテナの受信信号の共分散行列から最尤推定法を用いて直接波の到来方向を推定している。

より詳細には、モノパルスアンテナと補助アンテナの受信信号を用い最尤推定法に基づいて電波の入射角を推定し、推定した入射角を入力する追尾フィルタを備える。追尾フィルタが予測する入射角の近傍の角度範囲で最尤推定法の評価関数を算出し、該評価関数が最大となる角度から入射角を推定している。このため、海面もしくは地表面からのマルチパス反射波の干渉がある場合にも、低高度目標における電波入射角を正確に推定できると説明されている。

特開２０１０−２８６４０３号公報 特開２００２−２４３８２４号公報

特許文献１に記載の測角装置は直接波の成分を分離抽出するための超分解能アルゴリズム計算を実行し、また、特許文献２に記載の測角装置は３チャネル以上のアンテナの受信信号を用いて最尤推定処理を行うため、いずれも複雑なアルゴリズム計算を要する。

このため、ハードウェアによっては推定時間が長くなり、リアルタイムに到来角を推定できないという問題があった。また、高速計算に追随するためには、ハードウェア及びソフトウェアの能力向上を要しコストが増加するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複雑な信号処理を要することなく、到来する電波の入射角を高精度に推定することのできる測角装置等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の測角装置は、一直線上に配列された３以上のアンテナと、３以上のアンテナから選択した２のアンテナの出力信号の差信号を２のアンテナ以外のアンテナの出力信号で除算して得た規格化差信号を、互いに異なる選択により生成した、２以上の規格化差信号を出力する規格化差信号生成部と、２以上の規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理部と、を備える。

本発明によれば、互いに異なるアンテナの出力信号から生成した２以上の規格化差信号に基づいて電波到来角を推定すると構成されているので、複雑な信号処理を要することなく、到来する電波の入射角を高精度に推定することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る測角装置のブロック図である。 実施の形態１に係る測角装置のアンテナの外観図である。 実施の形態１に係る測角装置のアンテナの外観図である。 規格化差信号と電波到来角の関係を示すグラフである。（ａ）は直接波のみ受信する場合のグラフである。（ｂ）はマルチパス波を含む場合のグラフである。（ｃ）は２つの規格化差信号を示したグラフである。 電波到来角を推定する処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る測角装置のブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る測角装置のブロック図である。 実施の形態３に係る測角装置のアンテナの外観図である。 実施の形態３に係る測角装置のアンテナの外観図である。 測角装置の他の例のブロック図である。 測角装置の他の例のブロック図である。 電波到来角を推定する処理のフローチャートである。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る測角装置１は、レーダ装置の一部を構成し、レーダ装置に到来する電波の到来角を推定する装置である。測角装置１は、図１に示すように、電波を受信するアンテナ（Ａ）１１、アンテナ（Ｂ）１２、アンテナ（Ｃ）１３と、それぞれのアンテナの出力信号に基づいて規格化差信号を生成する規格化差信号生成部２０と、規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理を行う信号処理部５０と、を備える。

規格化差信号生成部２０は、各アンテナ１１〜１３の出力信号を２分配する分配器２１〜２３と、各分配器２１〜２３から出力された信号を１８０度の位相差で合成して差信号を出力する１８０度ハイブリッド回路３１、３２と、１８０度ハイブリッド回路３１、３２から出力する差信号を除算して規格化差信号を出力する除算回路４０と、からなる。

アンテナ（Ａ）１１、アンテナ（Ｂ）１２、アンテナ（Ｃ）１３は、受信した電波を高周波信号に変換して出力する任意のアンテナであり、マイクロストリップパッチアンテナ、ダイポールアンテナ、ホーンアンテナ等から構成される。

これらのアンテナ１１〜１３は、互いに同じ形状、同等の変換効率を有しており、図２、３に示すように一直線上に配列している。図２はマイクロストリップパッチアンテナを使用した場合を示した図であり、各アンテナ１１〜１３の受信領域の中心がｙ軸に平行に配列している。図３はホーンアンテナを使用した場合を示した図であり、底部の受信部の中心がｙ軸に平行に配列している。

分配器２１〜２３は、入力された信号の約１／２の強度を有し互いに同位相の信号を出力する任意の分配器である。分配器２１は、アンテナ（Ａ）１１の出力を２分配して出力強度（Ｐ_Ａ／２）の分配信号を出力する。また、分配器２２は、アンテナ（Ｂ）１２の出力を２分配して出力強度（Ｐ_Ｂ／２）の分配信号を出力する、また、分配器２３は、アンテナ（Ｃ）１３の出力を２分配して出力強度（Ｐ_Ｃ／２）の分配信号を出力する。

１８０度ハイブリッド回路３１、３２は、入力された２信号の一方の信号の位相を１８０度ずらして他方の信号と合成して差信号を出力する任意の合成回路であって、例えば、平面回路のラットレースハイブリット回路、又は導波管のマジックＴ等から構成される。

１８０度ハイブリッド回路３１は、分配器２１から出力される分配信号（Ｐ_Ａ／２）と分配器２２から出力される分配信号（Ｐ_Ｂ／２）の差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）を生成して出力する。和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｂ／２）は終端される。１８０度ハイブリッド回路３２は、分配器２１から出力される分配信号（Ｐ_Ａ／２）と分配器２３から出力される分配信号（Ｐ_Ｃ／２）の差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／２）を生成して出力する。和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｃ／２）は終端される。

除算回路４０には、１８０度ハイブリッド回路３１、３２から出力された差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）、（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／２）と、分配器２２、２３から出力された分配信号（Ｐ_Ｂ／２）、（Ｐ_Ｃ／２）が入力される。除算回路４０は、入力された１信号を他信号で除する機能を有する。

除算回路４０は、差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）を分配信号（Ｐ_Ｃ／２）で除した信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ）／Ｐ_Ｃ｝を第１規格化差信号として出力し、差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／２）を分配信号（Ｐ_Ｂ／２）で除した信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｃ）／Ｐ_Ｂ｝を第２規格化差信号として出力する。

信号処理部５０は、除算回路４０から入力される第１規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ）／Ｐ_Ｃ｝と、第２規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｃ）／Ｐ_Ｂ｝と、に基づいて電波到来角を推定する処理を行う。

信号処理部５０に内蔵されている記憶部は、予め取得した第１規格化差信号の強度と電波到来角との関係を示した第１データと、第２規格化差信号の強度と電波到来角との関係を示した第２データと、を記憶している。

信号処理部５０は、測角装置１の実運用時に取得した第１規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ）／Ｐ_Ｃ｝を、記憶部に記憶した第１データに照会することにより電波到来角を推定する。第１規格化差信号に基づいて単一の電波到来角を推定することができなかった場合には、測角装置１の実運用時に取得した第２規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｃ）／Ｐ_Ｂ｝を、記憶部に記憶した第２データに照会することにより電波到来角を推定する。

以上のように構成された測角装置１の動作について説明する。

図２のように配列したアンテナ１１〜１３に角度θで電波が到来した場合、アンテナ（Ａ）１１に対して、アンテナ（Ｂ）１２の受信信号はΔｄ_ＡＢの距離分の遅れが生じる。これより、アンテナ（Ａ）１１とアンテナ（Ｂ）１２が受信する電波を変換した電気信号の差信号を規格化した規格化差信号は、電波到来角に対して一様な変化をすることになる。

アンテナ（Ａ）１１の出力信号を分配器２１で分配した信号（Ｐ_Ａ／２）と、アンテナ（Ｂ）１２の出力信号を分配器２２で分配した信号（Ｐ_Ｂ／２）とが入力された１８０度ハイブリット回路３１は、差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）を除算回路４０に対して出力する。また、アンテナ（Ｃ）１３の出力信号を分配する分配器２３は信号（Ｐ_Ｃ／２）を除算回路４０に対して出力する。

除算回路４０は差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）を信号（Ｐ_Ｃ／２）で除算することで第１規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ）／Ｐ_Ｃ｝を得る。除算回路４０は、この第１規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ）／Ｐ_Ｃ｝を信号処理部５０に出力する。

同様に、アンテナ（Ａ）１１に対して、アンテナ（Ｃ）１３の受信信号はΔｄ_ＡＣの距離分の遅れが生じることから、アンテナ（Ａ）１１とアンテナ（Ｃ）１３が受信する電波を変換した電気信号の差信号を規格化した規格化差信号は、電波到来角に対して一様な変化をすることになる。

アンテナ（Ａ）１１の出力信号を分配器２１で分配した信号（Ｐ_Ａ／２）と、アンテナ（Ｃ）１３の出力信号を分配器２３で分配した信号（Ｐ_Ｃ／２）とが入力された１８０度ハイブリット回路３２は、差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／２）を除算回路４０に対して出力する。また、アンテナ（Ｂ）１２の出力信号を分配する分配器２２は信号（Ｐ_Ｂ／２）を除算回路４０に対して出力する。

除算回路４０は差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／２）を信号（Ｐ_Ｂ／２）で除算することで第２規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｃ）／Ｐ_Ｂ｝を得る。除算回路４０は、この第２規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｃ）／Ｐ_Ｂ｝を信号処理部５０に出力する。

これらの規格化差信号が入力された信号処理部５０の動作について図４のグラフ及び図５に示すフローチャートを用いて説明する。

アンテナ１１〜１３がマルチパス波の影響を受けず直接波のみを検出している場合は、信号処理部５０に入力される規格化差信号の強度は、図４（ａ）のデータ系列１００に示すように、電波到来角に対して線形特性を有する。よって、予め、規格化差信号と電波到来角の関係（データ系列１００）を取得しておくことにより、規格化差信号がｖ１であった場合に電波到来角ｘ１を一意に推定することができる。

これに対し、アンテナ１１〜１３がマルチパス波を発生する環境下に置かれた場合、規格化差信号は電波到来角に対する特性において、図４（ｂ）のデータ系列１０１に示すようにリップルを生じることとなる。この場合、規格化差信号がｖ１であったときに推定される電波到来角はｘ１、ｘ２の２値であることから、正確に電波到来角を推定できない。

本実施の形態に係る信号処理部５０は、アンテナ（Ａ）１１、アンテナ（Ｂ）１２、アンテナ（Ｃ）１３の３つのアンテナ出力から得られる第１規格化差信号と第２規格化差信号に基づいて電波到来角を推定している。第１規格化差信号と第２規格化差信号は、電波受信位置の異なるアンテナの出力に基づいて得られるものであるため、図４（ｃ）のデータ系列１０２、１０３に示すように、マルチパス波の影響が互いに異なっている。

つまり、信号処理部５０は予め取得した第１規格化差信号の強度と電波到来角との関係を示す第１データ（データ系列１０２）を参照すると、第１規格化差信号の強度がｖ１であったとき、これに対する電波到来角がｘ１、ｘ２の２つあり、一意に決定することができない。その場合、予め取得した第２規格化差信号の強度と電波到来角との関係を示す第２データ（データ系列１０３）を用いて、第２規格化差信号の強度がｖ２であったことから電波到来角をｘ１と推定する。よって、この場合、信号処理部５０は、第２規格化差信号に基づく値を電波到来角の推定値として出力する。

具体的な処理を図５のフローチャートに沿って説明する。まず、信号処理部５０は、実運用時に除算回路４０から入力される第１規格化差信号及び第２規格化差信号を取得する（ステップＳ１０１）。予め取得した第１データを参照し、取得した第１規格化差信号に対応した角度が複数存在するかを判定する（ステップＳ１０２）。

第１規格化差信号に対応した角度が単一である場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、第１規格化差信号に基づく当該角度を電波到来角の推定値として出力する（ステップＳ１０３）。第１規格化差信号に対応した角度が複数ある場合には（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、第２規格化差信号に基づく角度を電波到来角の推定値として出力する（ステップＳ１０４）。

なお、本実施の形態では、ｙ方向にアンテナを配列しているため、得られる電波到来角は、図２におけるｙｚ面における角度である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、一方向に配列したアンテナ（Ａ）１１、アンテナ（Ｂ）１２、アンテナ（Ｃ）１３を用いて、アンテナ（Ａ）１１の分配信号とアンテナ（Ｂ）１２の分配信号との差信号をアンテナ（Ｃ）１３の分配信号で除算することにより得られる第１規格化差信号に基づいて電波到来角が一意に推定できない場合は、アンテナ（Ａ）１１の分配信号とアンテナ（Ｃ）１３の分配信号との差信号をアンテナ（Ｂ）１２の分配信号で除算することにより得られる第２規格化差信号に基づいて電波到来角を推定することとした。これにより複雑な信号処理を要することなく、到来する電波の一平面上における入射角を高精度に推定することが可能となる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２について図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る測角装置２は、図６に示すように、電波を受信するアンテナ（Ａ）１１、アンテナ（Ｂ）１２、アンテナ（Ｃ）１３と、それぞれのアンテナの出力信号に基づいて規格化差信号を生成する規格化差信号生成部６０と、規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理を行う信号処理部５０と、を備える。

規格化差信号生成部６０は、各アンテナ１１〜１３の出力信号を２分配する分配器２１〜２３と、各分配器２１〜２３から出力された信号を０度の位相差で合成した和信号と１８０度の位相差で合成した差信号を出力する１８０度ハイブリッド回路３１、３２と、１８０度ハイブリッド回路３１、３２から出力する差信号を和信号で除算して規格化差信号を出力する除算回路４０と、からなる。

アンテナ（Ａ）１１、アンテナ（Ｂ）１２、アンテナ（Ｃ）１３、分配器２１〜２３の構成は実施の形態１と同様である。

１８０度ハイブリッド回路３１、３２は、入力された２信号の位相をずらさずに合成して和信号を出力し、また、入力された２信号の一方の信号の位相を１８０度ずらして他方の信号と合成して差信号を出力する。１８０度ハイブリッド回路３１、３２は、任意の合成回路であって、例えば、平面回路のラットレースハイブリット回路、又は導波管のマジックＴ等から構成される。

１８０度ハイブリッド回路３１は、分配器２１から出力される分配信号（Ｐ_Ａ／２）と分配器２２から出力される分配信号（Ｐ_Ｂ／２）の和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｂ／２）を生成して出力する。また、１８０度ハイブリッド回路３１は、分配器２１から出力される分配信号（Ｐ_Ａ／２）と分配器２２から出力される分配信号（Ｐ_Ｂ／２）の差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）を生成して出力する。１８０度ハイブリッド回路３２は、分配器２１から出力される分配信号（Ｐ_Ａ／２）と分配器２３から出力される分配信号（Ｐ_Ｃ／２）の和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｃ／２）を生成して出力する。また、１８０度ハイブリッド回路３２は、分配器２１から出力される分配信号（Ｐ_Ａ／２）と分配器２３から出力される分配信号（Ｐ_Ｃ／２）の差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／２）を生成して出力する。

除算回路４０には、１８０度ハイブリッド回路３１、３２から出力された和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｂ／２）、（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｃ／２）と、差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）、（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／２）と、が入力される。除算回路４０は、入力された１信号を他信号で除する機能を有する。

除算回路４０は、差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）を和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｂ／２）で除した信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ）／（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｂ）｝を第１規格化差信号として出力し、差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／２）を和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｃ／２）で除した信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｃ）／（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｃ）｝を第２規格化差信号として出力する。

信号処理部５０は、除算回路４０から入力される第１規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ）／（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｂ）｝と、第２規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｃ）／（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｃ）｝と、に基づいて電波到来角を推定する処理を行う。

信号処理部５０に内蔵されている記憶部は、予め取得した第１規格化差信号の強度と電波到来角との関係を示した第１データと、第２規格化差信号の強度と電波到来角との関係を示した第２データと、を記憶している。

信号処理部５０は、測角装置２の実運用時に取得した第１規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ）／（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｂ）｝を、記憶部に記憶した第１データに照会することにより電波到来角を推定する。第１規格化差信号に基づいて単一の電波到来角を推定することができなかった場合には、測角装置２の実運用時に取得した第２規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｃ）／（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｃ）｝を、記憶部に記憶した第２データに照会することにより電波到来角を推定する。

以上のように構成された測角装置２の動作について説明する。

図２のように配列したアンテナ１１〜１３に角度θで電波が到来した場合、アンテナ（Ａ）１１に対して、アンテナ（Ｂ）１２の受信信号はΔｄ_ＡＢの距離分の遅れが生じる。これより、アンテナ（Ａ）１１とアンテナ（Ｂ）１２が受信する電波を変換した電気信号の差信号を和信号で規格化した規格化差信号は、電波到来角に対して一様な変化をすることになる。

アンテナ（Ａ）１１の出力信号を分配器２１で分配した信号（Ｐ_Ａ／２）と、アンテナ（Ｂ）１２の出力信号を分配器２２で分配した信号（Ｐ_Ｂ／２）とが入力された１８０度ハイブリット回路３１は、和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｂ／２）と差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）を除算回路４０に対して出力する。

除算回路４０は差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）を和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｂ／２）で除算することで第１規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ）／（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｂ）｝を得る。除算回路４０は、この第１規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ）／（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｂ）｝を信号処理部５０に出力する。

同様に、アンテナ（Ａ）１１に対して、アンテナ（Ｃ）１３の受信信号はΔｄ_ＡＣの距離分の遅れが生じることから、アンテナ（Ａ）１１とアンテナ（Ｃ）１３が受信する電波を変換した電気信号の差信号を和信号で規格化した規格化差信号は、電波到来角に対して一様な変化をすることになる。

アンテナ（Ａ）１１の出力信号を分配器２１で分配した信号（Ｐ_Ａ／２）とアンテナ（Ｃ）１３の出力信号を分配器２３で分配した信号（Ｐ_Ｃ／２）とが入力された１８０度ハイブリット回路３２は、和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｃ／２）と差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／２）を除算回路４０に対して出力する。

除算回路４０は差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／２）を和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｃ／２）で除算することで第２規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｃ）／（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｃ）｝を得る。除算回路４０は、この第２規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｃ）／（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｃ）｝を信号処理部５０に出力する。

これらの規格化差信号が入力された信号処理部５０の動作は実施の形態１と同様である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、一方向に配列したアンテナ（Ａ）１１、アンテナ（Ｂ）１２、アンテナ（Ｃ）１３を用いて、アンテナ（Ａ）１１の分配信号とアンテナ（Ｂ）１２の分配信号との差信号を和信号で除算することにより得られる第１規格化差信号に基づいて電波到来角が一意に推定できない場合は、アンテナ（Ａ）１１の分配信号とアンテナ（Ｃ）１３の分配信号との差信号を和信号で除算することにより得られる第２規格化差信号に基づいて電波到来角を推定することとした。これにより複雑な信号処理を要することなく、到来する電波の一平面上における入射角を高精度に推定することが可能となる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３における測角装置３は、レーダ装置の一部を構成し、レーダ装置に到来する電波の到来角を推定する装置である。測角装置３は、図７に示すように、アンテナ（Ａ）１１、アンテナ（Ｂ）１２、アンテナ（Ｃ）１３、アンテナ（Ｄ）１４、アンテナ（Ｅ）１５を備えており、これらのアンテナ１１〜１５の出力に基づいて、電波到来角を推定する。

測角装置３は、それぞれのアンテナ１１〜１５の出力信号に基づいて規格化差信号を生成する規格化差信号生成部７０と、規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理を行う信号処理部５０と、を更に備える。

規格化差信号生成部７０は、各アンテナ１１〜１５の出力信号を２分配する分配器２１、２２、２４、２５、２６と、各分配器から出力された信号を１８０度の位相差で合成して差信号を出力する１８０度ハイブリッド回路３１〜３４と、１８０度ハイブリッド回路３１〜３４から出力する差信号を除算して規格化差信号を出力する除算回路４０と、からなる。

アンテナ（Ａ〜Ｅ）１１〜１５は、実施の形態１のアンテナ（Ａ〜Ｃ）１１〜１３と同様の構成を有する。図８、９に示すように、アンテナ（Ａ）１１と、アンテナ（Ｂ）１２と、アンテナ（Ｃ）１３と、は第１直線上（ｙ方向）に配列している。また、アンテナ（Ｃ）１３と、アンテナ（Ｄ）１４と、アンテナ（Ｅ）１５と、は第１直線と交差する他の第２直線上（ｘ方向）に配列している。つまり、本実施の形態においては第１直線と第２直線とがなす角度は９０度である。

分配器２１、２２、２５、２６は、入力された信号の約１／２の強度を有し同位相の信号を出力する任意の分配器である。分配器２１は、アンテナ（Ａ）１１の出力Ｐ_Ａを２分配して出力強度（Ｐ_Ａ／２）の分配信号を出力する。また、分配器２２は、アンテナ（Ｂ）１２の出力Ｐ_Ｂを２分配して出力強度（Ｐ_Ｂ／２）の分配信号を出力する。また、分配器２５は、アンテナ（Ｄ）１４の出力Ｐ_Ｄを２分配して出力強度（Ｐ_Ｄ／２）の分配信号を出力する。また、分配器２６は、アンテナ（Ｅ）１５の出力Ｐ_Ｅを２分配して出力強度（Ｐ_Ｅ／２）の分配信号を出力する。

分配器２４は、入力された信号の約１／３の強度の互いに同位相の信号を出力する任意の分配器であって、アンテナ（Ｃ）１３の出力Ｐ_Ｃを３分配した出力強度（Ｐ_Ｃ／３）の分配信号を出力する。

１８０度ハイブリッド回路３１〜３４は、実施の形態１の１８０ハイブリッド回路３１、３２と同様の構成の合成回路である。

１８０度ハイブリッド回路３１は、分配器２１から出力される分配信号（Ｐ_Ａ／２）と分配器２２から出力される分配信号Ｐ_Ｂ／２の差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）を生成して出力する。和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｂ／２）は終端される。１８０度ハイブリッド回路３２は、分配器２１から出力される分配信号（Ｐ_Ａ／２）と分配器２４から出力される分配信号（Ｐ_Ｃ／３）の差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／３）を生成して出力する。和信号（Ｐ_Ａ／２＋Ｐ_Ｃ／３）は終端される。

１８０度ハイブリッド回路３３は、分配器２４から出力される分配信号（Ｐ_Ｃ／３）と分配器２６から出力される分配信号（Ｐ_Ｅ／２）の差信号（Ｐ_Ｅ／２−Ｐ_Ｃ／３）を生成して出力する。和信号（Ｐ_Ｅ／２＋Ｐ_Ｃ／３）は終端される。１８０度ハイブリッド回路３４は、分配器２５から出力される分配信号（Ｐ_Ｄ／２）と分配器２６から出力される分配信号（Ｐ_Ｅ／２）の差信号（Ｐ_Ｄ／２−Ｐ_Ｅ／２）を生成して出力する。和信号（Ｐ_Ｄ／２＋Ｐ_Ｅ／２）は終端される。

除算回路４０には、１８０度ハイブリッド回路３１〜３４それぞれから出力された差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）、（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／３）、（Ｐ_Ｅ／２−Ｐ_Ｃ／３）、（Ｐ_Ｄ／２−Ｐ_Ｅ／２）と、分配器２２、２４、２５それぞれから出力された分配信号Ｐ_Ｂ／２、Ｐ_Ｃ／２、Ｐ_Ｄ／２が入力される。

除算回路４０は、入力された信号のうち予め選択した１信号を他信号で除する機能を有する。除算回路４０は、差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｂ／２）を分配信号（Ｐ_Ｃ／３）で除した信号｛（３Ｐ_Ａ−３Ｐ_Ｂ）／２Ｐ_Ｃ｝を第１規格化差信号として出力する。また、差信号（Ｐ_Ａ／２−Ｐ_Ｃ／３）を分配信号（Ｐ_Ｂ／２）で除した信号｛（３Ｐ_Ａ−２Ｐ_Ｃ）／３Ｐ_Ｂ｝を第２規格化差信号として出力する。

また、除算回路４０は、差信号（Ｐ_Ｅ／２−Ｐ_Ｃ／３）を分配信号（Ｐ_Ｄ／２）で除した信号｛（３Ｐ_Ｅ−２Ｐ_Ｃ）／３Ｐ_Ｄ｝を第３規格化差信号として出力する。また、差信号（Ｐ_Ｄ／２−Ｐ_Ｅ／２）を分配信号（Ｐ_Ｃ／３）で除した信号｛（３Ｐ_Ｄ−３Ｐ_Ｅ）／２Ｐ_Ｃ｝を第４規格化差信号として出力する。

これらの規格化差信号が入力された信号処理部５０は、まず、アンテナ（Ａ）１１、アンテナ（Ｂ）１２、アンテナ（Ｃ）１３の３つのアンテナ出力から得られる第１規格化差信号と第２規格化差信号に基づいて、第１直線を含むｙｚ平面における電波到来角を推定する。次に、アンテナ（Ｃ）１３、アンテナ（Ｄ）１４、アンテナ（Ｅ）１５の３つのアンテナ出力から得られる第３規格化差信号と第４規格化差信号に基づいて第２直線を含むｘｚ平面における電波到来角を推定する。

そして、ｙｚ平面における電波到来角とｘｚ平面における電波到来角を合成することで、３次元空間における電波到来角を推定する。

以上のように構成された測角装置３の動作について説明する。

図８、９のように配列したアンテナ（Ａ〜Ｅ）１１〜１５に様々な角度θで電波を入力し、そのときの第１〜４規格化差信号を予め取得する。そして、ｙｚ平面における電波到来角と第１、第２規格化差信号の強度との関係を示すデータを取得し記憶部に記憶しておく。また、ｘｚ平面における電波到来角と第３、第４規格化差信号の強度との関係を示すデータを取得し記憶部に記憶しておく。

実運用時においては、まず、信号処理部５０は、第１、第２規格化差信号を取得し、取得した信号強度を記憶部に記憶しておいたデータに照会してｙｚ平面における電波到来角を推定する。電波到来角を推定する手順は実施の形態１と同様である。

同様に、信号処理部５０は、第３、第４規格化差信号を取得し、取得した信号強度を記憶部に記憶しておいたデータに照会してｘｚ平面における電波到来角を推定する。

そして、最後に信号処理部５０は、推定したｙｚ平面における電波到来角とｘｚ平面における電波到来角を合成した角度を３次元空間における電波到来角の推定値として出力する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、第１直線上に配列したアンテナ（Ａ）１１、アンテナ（Ｂ）１２、アンテナ（Ｃ）１３の出力に基づいて取得した第１、第２規格化差信号を用いて、１平面上における電波到来角を取得する。また、第１直線に交差する第２直線上に配列したアンテナ（Ｃ）１３、アンテナ（Ｄ）１４、アンテナ（Ｅ）１５の出力に基づいて取得した第３、第４規格化差信号を用いて、他の平面上における電波到来角を取得する。これらの２平面における電波到来角を合成して、３次元空間における電波到来角を推定することとした。これにより複雑な信号処理を要することなく、到来する電波の３次元空間における電波到来角を高精度に推定することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。

例えば、上記実施の形態において、アンテナ（Ａ）１１とアンテナ（Ｂ）１２の分配信号の差信号をアンテナ（Ｃ）１３の分配信号で除して得た第１規格化差信号、及び、アンテナ（Ａ）１１とアンテナ（Ｃ）１３の分配信号の差信号をアンテナ（Ｂ）１２の分配信号で除して得た第２規格化差信号に基づいて電波到来角を推定するとしたが、他の組み合わせの規格化差信号を用いてもよい。実施の形態１の場合、図１０又は図１１に示すように、アンテナ（Ｂ）１２とアンテナ（Ｃ）１３の分配信号の差信号（Ｐ_Ｂ／２−Ｐ_Ｃ／２）をアンテナ（Ａ）１１の分配信号（Ｐ_Ａ／２）で除して得た他の規格化差信号｛（Ｐ_Ｂ−Ｐ_Ｃ）／Ｐ_Ａ｝と、第１規格化差信号又は第２規格化差信号と、に基づいて電波到来角を推定してもよい。また、この場合も、実施の形態２と同様に、２つのアンテナの分配信号の差信号を和信号で除して得た規格化差信号に基づいて推定するようにしてもよい。

また、一直線上に並んだ４以上のアンテナを用いて、３以上の規格化差信号を取得し、それらに基づいて電波到来角を推定するようにしてもよい。その場合、信号処理部５０は、図１２に示すフローチャートに沿って処理を実行してもよい。

まず、信号処理部５０は、除算回路４０から入力される第１〜３規格化差信号を取得する（ステップＳ２０１）。予め取得した第１規格化差信号と角度との関係を示すデータを参照し、取得した第１規格化差信号に対応した角度が複数存在するかを判定する（ステップＳ２０２）。第１規格化差信号に対応した角度が単一である場合には（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、第１規格化差信号に基づく当該角度を電波到来角の推定値として出力する（ステップＳ２０３）。

第１規格化差信号に対応した角度が複数ある場合には（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、予め取得した第２規格化差信号と角度との関係を示すデータを参照し、取得した第２規格化差信号に対応した角度が複数存在するかを判定する（ステップＳ２０４）。第１規格化差信号に対応した角度が単一である場合には（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、第２規格化差信号に基づく当該角度を電波到来角の推定値として出力する（ステップＳ２０５）。第２規格化差信号に対応した角度が複数ある場合には（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、第３規格化差信号に基づく角度を電波到来角の推定値として出力する（ステップＳ２０６）。

このようにアンテナの数を増やすことにより、より正確な電波到来角の推定値を取得することができる。同様に、実施の形態３のように互いに交差する２方向の直線上にアンテナを配列する場合も、同一直線上の４以上のアンテナの出力から得られる３以上の規格化差信号に基づいて電波到来角を推定するようにしてもよい。このとき、2方向の直線上にそれぞれ配置されるアンテナの組は、同一のアンテナを含んでも含まなくてもよい。

また、実施の形態３において、アンテナ（Ａ）１１とアンテナ（Ｂ）１２の分配信号の差信号をアンテナ（Ｃ）１３の分配信号で除して得た第１規格化差信号に基づいて電波到来角を推定したが、実施の形態２と同様に、アンテナ（Ａ）１１とアンテナ（Ｂ）１２の分配信号の差信号を和信号で除して得た規格化差信号｛（Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ）／（Ｐ_Ａ＋Ｐ_Ｂ）｝に基づいて推定するようにしてもよい。他の、アンテナ１１〜１５の分配信号の差信号を和信号で除して得た規格化差信号に基づいて推定するようにしてもよい。

１，２，３ 測角装置、１１ アンテナ（Ａ）、１２ アンテナ（Ｂ）、１３ アンテナ（Ｃ）、１４ アンテナ（Ｄ）、１５ アンテナ（Ｅ）、２０，６０，７０ 規格化差信号生成部、２１〜２６ 分配器、３１〜３４ １８０度ハイブリット回路、４０ 除算回路、５０ 信号処理部、１００〜１０３ データ系列。

Claims (16)

1. 一直線上に配列された３以上のアンテナと、
   前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナの出力信号の差信号を当該２のアンテナ以外のアンテナの出力信号で除算して得た規格化差信号を、互いに異なる選択により生成した、２以上の前記規格化差信号を出力する規格化差信号生成部と、
   前記２以上の規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理部と、
   を備える測角装置。
2. 第１直線上に配列された３以上のアンテナと、
   前記第１直線と交差する他の第２直線上に配列され、前記第１直線上に配列された３以上のアンテナのうちの１のアンテナを含み又は含まない３以上のアンテナと、を備えた測角装置であって、
   前記第１直線上に配列された前記３以上のアンテナ、及び、前記第２直線上に配列された前記３以上のアンテナ、それぞれについて、
   前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナの出力信号の差信号を当該２のアンテナ以外のアンテナの出力信号で除算して得た規格化差信号を、互いに異なる選択により生成した、２以上の前記規格化差信号を出力する規格化差信号生成部と、
   前記２以上の規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理部と、
   を有する測角装置。
3. 前記規格化差信号生成部は、
   前記３以上のアンテナにそれぞれ接続され、前記アンテナの出力を分配して分配信号を出力する分配器と、
   前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナの前記分配信号の差信号である第１差信号を出力する第１差信号出力回路と、
   前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナであって、前記第１差信号出力回路が選択した２のアンテナと少なくとも１のアンテナが異なる２のアンテナの前記分配信号の差信号である第２差信号を出力する第２差信号出力回路と、
   前記第１差信号を、前記第１差信号出力回路が選択した２のアンテナと異なるアンテナの前記分配信号で除算した第１規格化差信号、及び、前記第２差信号を、前記第２差信号出力回路が選択した２のアンテナと異なるアンテナの前記分配信号で除算した第２規格化差信号を出力する除算回路と、を有する、
   請求項１又は２に記載の測角装置。
4. 前記３以上のアンテナは、互いに等間隔に配列した第１アンテナ、第２アンテナ及び第３アンテナを含み、
   前記第１差信号出力回路は、前記第１アンテナと前記第２アンテナの前記分配信号の前記第１差信号を出力し、
   前記第２差信号出力回路は、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナのいずれか一方と、前記第３アンテナの前記分配信号の前記第２差信号を出力し、
   前記除算回路は、前記第１差信号を前記第３アンテナの前記分配信号で除算した前記第１規格化差信号、及び、前記第２差信号を前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの他方で除算した前記第２規格化差信号を出力する、
   請求項３に記載の測角装置。
5. 前記第１差信号出力回路及び前記第２差信号出力回路は、１８０度ハイブリッド回路である、
   請求項３又は４に記載の測角装置。
6. 一直線上に配列された３以上のアンテナと、
   前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナの出力信号の差信号を当該２のアンテナの出力信号の和信号で除算して得た規格化差信号を、互いに異なる選択により生成した、２以上の前記規格化差信号を出力する規格化差信号生成部と、
   前記２以上の規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理部と、
   を備える測角装置。
7. 第１直線上に配列された３以上のアンテナと、
   前記第１直線と交差する他の第２直線上に配列され、前記第１直線上に配列された３以上のアンテナのうちの１のアンテナを含み又は含まない３以上のアンテナと、を備えた測角装置であって、
   前記第１直線上に配列された前記３以上のアンテナ、及び、前記第２直線上に配列された前記３以上のアンテナ、それぞれについて、
   前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナの出力信号の差信号を当該２のアンテナの出力信号の和信号で除算して得た規格化差信号を、互いに異なる選択により生成した、２以上の前記規格化差信号を出力する規格化差信号生成部と、
   前記２以上の規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理部と、
   を有する測角装置。
8. 前記規格化差信号生成部は、
   前記３以上のアンテナにそれぞれ接続され、前記アンテナの出力を分配して分配信号を出力する分配器と、
   前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナの前記分配信号の差信号である第１差信号、及び、当該２のアンテナの前記分配信号の和信号である第１和信号を出力する第１和差信号出力回路と、
   前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナであって、前記第１和差信号出力回路が選択した２のアンテナと少なくとも１のアンテナが異なる２のアンテナの、前記分配信号の差信号である第２差信号、及び、当該２のアンテナの前記分配信号の和信号である第２和信号を出力する第２和差信号出力回路と、
   前記第１差信号を第１和信号で除算した第１規格化差信号、及び、前記第２差信号を第２和信号で除算した第２規格化差信号を出力する除算回路と、を有する、
   請求項６又は７に記載の測角装置。
9. 前記第１和差信号出力回路及び前記第２和差信号出力回路は、１８０度ハイブリッド回路である、
   請求項８に記載の測角装置。
10. 予め取得した、前記電波到来角と前記第１規格化差信号の強度との関係を示す第１データと、前記電波到来角と前記第２規格化差信号の強度との関係を示す第２データと、を記憶する記憶部をさらに備え、
    前記信号処理部は、実運用時に取得した前記第１規格化差信号に対応する前記電波到来角が前記第１データに１つのみ含まれるときは、当該電波到来角を推定値として出力し、前記第１データに２以上含まれるときは、前記第２データに含まれる前記第２規格化差信号に対応する前記電波到来角を推定値として出力する、
    請求項３から５、８、９のいずれか１項に記載の測角装置。
11. 前記３以上のアンテナは、マイクロストリップパッチアンテナ、ダイポールアンテナ、ホーンアンテナのいずれかである、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の測角装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の前記測角装置を備えたレーダ装置。
13. 一直線上に配列された３以上のアンテナを用いる測角方法であって、
    前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナの出力信号の差信号を当該２のアンテナ以外のアンテナの出力信号で除算して得た規格化差信号を、互いに異なる選択により生成した、２以上の前記規格化差信号を出力する規格化差信号生成ステップと、
    前記２以上の規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理ステップと、
    を有する測角方法。
14. 第１直線上に配列された３以上のアンテナと、
    前記第１直線と交差する他の第２直線上に配列され、前記第１直線上に配列された３以上のアンテナのうちの１のアンテナを含み又は含まない３以上のアンテナと、を用いる測角方法であって、
    前記第１直線上に配列された前記３以上のアンテナ、及び、前記第２直線上に配列された前記３以上のアンテナ、それぞれについて、
    前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナの出力信号の差信号を当該２のアンテナ以外のアンテナの出力信号で除算して得た規格化差信号を、互いに異なる選択により生成した、２以上の前記規格化差信号を出力する規格化差信号生成ステップと、
    前記２以上の規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理ステップと、
    を有する測角方法。
15. 一直線上に配列された３以上のアンテナを用いる測角方法であって、
    前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナの出力信号の差信号を当該２のアンテナの出力信号の和信号で除算して得た規格化差信号を、互いに異なる選択により生成した、２以上の前記規格化差信号を出力する規格化差信号生成ステップと、
    前記２以上の規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理ステップと、
    を有する測角方法。
16. 第１直線上に配列された３以上のアンテナと、
    前記第１直線と交差する他の第２直線上に配列され、前記第１直線上に配列された３以上のアンテナのうちの１のアンテナを含み又は含まない３以上のアンテナと、を用いる測角方法であって、
    前記第１直線上に配列された前記３以上のアンテナ、及び、前記第２直線上に配列された前記３以上のアンテナ、それぞれについて、
    前記３以上のアンテナから選択した２のアンテナの出力信号の差信号を当該２のアンテナの出力信号の和信号で除算して得た規格化差信号を、互いに異なる選択により生成した、２以上の前記規格化差信号を出力する規格化差信号生成ステップと、
    前記２以上の規格化差信号に基づいて電波到来角を推定する信号処理ステップと、
    を有する測角方法。

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