JP2020016556A - 角度誤差検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】追尾受信に用いられるアンテナの角度誤差検出に用いられる和信号や差信号が信号路を通過することに伴う位相の変化をリアルタイムで把握し、補正することが可能な角度誤差検出装置を提供する。【解決手段】アンテナ11の正面方向に対する、追尾対象8からの周波数信号の受信方向の角度誤差を検出する角度誤差検出装置12において、パイロット信号供給部35a、35bは、信号路33a、33bへと出力される和信号及び差信号の各々に、位相が揃ったパイロット信号を重畳し、パイロット位相差検出部43は、各信号路33a、33bを通過したパイロット信号の位相差を検出し、補正部44にて和信号または差信号の補正を行う。角度誤差検出部42は、補正された和信号、差信号の一方側と、補正されていない他方側とに基づき前記角度誤差を検出する。【選択図】図5
Description
本発明は追尾対象に対するアンテナの角度誤差を検出する技術に関する。
通信衛星などの追尾対象から出力される周波数信号である通信信号を受信する受信システムには、アンテナの正面方向に対する通信信号の受信方向のずれ(角度誤差)を検出した結果に基づいて、通信信号の受信方向がアンテナの正面方向と揃うようにアンテナの向きを変えることができるもの(追尾受信システム)がある。
角度誤差の検出手法としては、アンテナ内に設けられた、配置位置の異なる2つの開口部(第1の受信部、第2の受信部)にて各々、受信された通信信号の振幅差を求め、この振幅差に基づいて角度誤差を求めるモノパルス測角法が知られている。
このモノパルス測角法においては、第1の受信部にて受信した通信信号Aと、第2の受信部にて受信した通信信号Bとの和信号A+B、及び差信号A−Bを用いて角度誤差を求める計算が行われる。
このモノパルス測角法においては、第1の受信部にて受信した通信信号Aと、第2の受信部にて受信した通信信号Bとの和信号A+B、及び差信号A−Bを用いて角度誤差を求める計算が行われる。
一方、追尾受信システムにおいては、角度誤差の計算を行う演算機をアンテナの近傍位置に配置できるとは限らず、例えば数十メートル〜数百メートル離れた位置にこれらアンテナと演算機とを配置しなければならない場合がある。
この場合には、アンテナ側で得られた和信号、差信号は、通信ケーブルなどを含む信号路(和信号用信号路、差信号用信号路)を介して演算機側に供給される。
この場合には、アンテナ側で得られた和信号、差信号は、通信ケーブルなどを含む信号路(和信号用信号路、差信号用信号路)を介して演算機側に供給される。
しかしながら、これらの信号路の長さが厳密に揃っていないと、和信号と差信号との間に位相差が形成され、正確な角度誤差の算出を阻む要因となる。また、通信ケーブルの劣化の度合いの違いや通信ケーブルが配置されている空間の温度の違いなども、和信号と差信号との間に位相差を形成する要因となる。
ここで特許文献1、2には、和信号や差信号が送信される各信号路(特許文献1には「受信チャンネル」と記載され、特許文献2には「系統」と記載されている)に対し、これら和信号や差信号と切り替えてパイロット信号を供給し、異なる信号路を通過したパイロット信号の位相差を検出した結果に基づいて和信号や差信号の補正を行う技術が記載されている。
しかしながら、これら特許文献1、2には、和信号・差信号とパイロット信号との切り替えを行わずに、各信号路に起因する位相差をリアルタイムで検出し、補正に活用する技術は記載されていない。
しかしながら、これら特許文献1、2には、和信号・差信号とパイロット信号との切り替えを行わずに、各信号路に起因する位相差をリアルタイムで検出し、補正に活用する技術は記載されていない。
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、追尾受信に用いられるアンテナの角度誤差検出に用いられる和信号や差信号が信号路(和信号用信号路、差信号用信号路)を通過することに伴う位相の変化をリアルタイムで把握し、補正することが可能な角度誤差検出装置を提供することにある。
本発明に係る角度誤差検出装置は、追尾対象からの周波数信号を、アンテナの第1の受信部にて受信した第1の受信信号と、前記第1の受信部とはアンテナ内の受信位置が異なる第2の受信部にて受信した第2の受信信号との位相差に基づいて、前記アンテナの正面方向に対する、前記周波数信号の受信方向の角度誤差を検出する角度誤差検出装置において、
前記第1の受信信号及び第2の受信信号から求めた和信号と、差信号とを、各々、和信号用信号路及び差信号用信号路へと出力する受信信号出力部と、
和信号用信号路及び差信号用信号路へと出力される和信号及び差信号の各々に、位相が揃ったパイロット信号を重畳するパイロット信号供給部と、
前記和信号用信号路を通過した信号、及び差信号用信号路を通過した信号から、各々、パイロット信号を分離し、これら分離されたパイロット信号の位相差を検出するパイロット位相差検出部と、
前記和信号用信号路及び差信号用信号路を介して得られた和信号、差信号の一方側に対し、前記パイロット位相差検出部にて検出されたパイロット信号の位相差に対応した補正を行う補正部と、
前記補正部にて補正された和信号、差信号の一方側と、補正されていない他方側と、に基づき、前記角度誤差を検出する角度誤差検出部と、を備えたことを特徴とする。
前記第1の受信信号及び第2の受信信号から求めた和信号と、差信号とを、各々、和信号用信号路及び差信号用信号路へと出力する受信信号出力部と、
和信号用信号路及び差信号用信号路へと出力される和信号及び差信号の各々に、位相が揃ったパイロット信号を重畳するパイロット信号供給部と、
前記和信号用信号路を通過した信号、及び差信号用信号路を通過した信号から、各々、パイロット信号を分離し、これら分離されたパイロット信号の位相差を検出するパイロット位相差検出部と、
前記和信号用信号路及び差信号用信号路を介して得られた和信号、差信号の一方側に対し、前記パイロット位相差検出部にて検出されたパイロット信号の位相差に対応した補正を行う補正部と、
前記補正部にて補正された和信号、差信号の一方側と、補正されていない他方側と、に基づき、前記角度誤差を検出する角度誤差検出部と、を備えたことを特徴とする。
上述の角度誤差検出装置は、以下の構成を備えていてもよい。
(a)前記追尾対象からの信号は、搬送波により変調された信号であり、前記和信号用信号路または差信号用信号路を介して得られた和信号、差信号を直交復調して、これら和信号及び差信号の同相成分(I成分)、直交成分(Q成分)を各々取得する和差信号復調部を備え、前記位相差検出部は、前記I成分を複素平面上の実部、Q成分を虚部として複素ベクトル表示される前記差信号と和信号との内積を取って得られる和差信号内積ベクトルの虚部の値に基づき前記角度誤差を検出すること。
(b)(a)において、前記分離されたパイロット信号を直交復調して、前記和信号用信号路または差信号用信号路を通過したパイロット信号の同相成分(I’成分)、直交成分(Q’成分)を各々取得するパイロット信号復調部を備え、前記補正部は、前記I’成分を複素平面上の実部、Q’成分を虚部として複素ベクトル表示される前記和信号用信号路を通過したパイロット信号と、前記差信号用信号路を通過したパイロット信号との内積を取って得られるパイロット信号内積ベクトルに基づき前記和信号、差信号の一方側の補正を行うこと。ここで、前記補正部は、前記パイロット信号内積ベクトルと共役な共役ベクトルを前記複素ベクトル表示された差信号に乗算することにより、当該差信号の補正を行うこと、または、前記補正部は、前記パイロット信号内積ベクトルを前記複素ベクトル表示された和信号に乗算することにより、当該差信号の補正を行うこと。
(c)前記追尾対象からの周波数信号は、予め設定された周波数範囲内で周波数が変化し、前記パイロット信号は、前記和信号または差信号以外の不要な周波数成分を除去するための帯域通過フィルタの通過帯域内の周波数であって、前記周波数範囲内の周波数信号に基づき得られる和信号または差信号の周波数範囲からずれた周波数を有すること。
(a)前記追尾対象からの信号は、搬送波により変調された信号であり、前記和信号用信号路または差信号用信号路を介して得られた和信号、差信号を直交復調して、これら和信号及び差信号の同相成分(I成分)、直交成分(Q成分)を各々取得する和差信号復調部を備え、前記位相差検出部は、前記I成分を複素平面上の実部、Q成分を虚部として複素ベクトル表示される前記差信号と和信号との内積を取って得られる和差信号内積ベクトルの虚部の値に基づき前記角度誤差を検出すること。
(b)(a)において、前記分離されたパイロット信号を直交復調して、前記和信号用信号路または差信号用信号路を通過したパイロット信号の同相成分(I’成分)、直交成分(Q’成分)を各々取得するパイロット信号復調部を備え、前記補正部は、前記I’成分を複素平面上の実部、Q’成分を虚部として複素ベクトル表示される前記和信号用信号路を通過したパイロット信号と、前記差信号用信号路を通過したパイロット信号との内積を取って得られるパイロット信号内積ベクトルに基づき前記和信号、差信号の一方側の補正を行うこと。ここで、前記補正部は、前記パイロット信号内積ベクトルと共役な共役ベクトルを前記複素ベクトル表示された差信号に乗算することにより、当該差信号の補正を行うこと、または、前記補正部は、前記パイロット信号内積ベクトルを前記複素ベクトル表示された和信号に乗算することにより、当該差信号の補正を行うこと。
(c)前記追尾対象からの周波数信号は、予め設定された周波数範囲内で周波数が変化し、前記パイロット信号は、前記和信号または差信号以外の不要な周波数成分を除去するための帯域通過フィルタの通過帯域内の周波数であって、前記周波数範囲内の周波数信号に基づき得られる和信号または差信号の周波数範囲からずれた周波数を有すること。
本発明によれば、角度誤差検出に用いられる和信号や差信号にパイロット信号を重畳してから信号路(和信号用信号路、差信号用信号路)へと出力し、これらの信号路を通過したパイロット信号を分離して位相差の検出を行うので、通信路を通過することに起因する和信号、差信号間の位相の変化をリアルタイムで把握し、補正することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る角度誤差検出装置を備えた追尾受信システム1の構成例を示している。
当該追尾受信システム1は、追尾対象から出力された通信信号(周波数信号)を受信するアンテナ11と、このアンテナ11の向きを変化させるアンテナ駆動機構15と、アンテナ11から取得した通信信号の和信号及び差信号に基づき、アンテナ11の正面方向に対する通信信号の受信方向のずれ(角度誤差)を検出する角度誤差検出装置12と、角度誤差検出装置12にて検出された角度誤差に基づいてアンテナ11の駆動方向や駆動量を求める追尾制御部13と、追尾制御部13にて決定された駆動方向や駆動量に基づき、アンテナ駆動機構15の駆動制御を行うアンテナ駆動部14と、を備える。
当該追尾受信システム1は、追尾対象から出力された通信信号(周波数信号)を受信するアンテナ11と、このアンテナ11の向きを変化させるアンテナ駆動機構15と、アンテナ11から取得した通信信号の和信号及び差信号に基づき、アンテナ11の正面方向に対する通信信号の受信方向のずれ(角度誤差)を検出する角度誤差検出装置12と、角度誤差検出装置12にて検出された角度誤差に基づいてアンテナ11の駆動方向や駆動量を求める追尾制御部13と、追尾制御部13にて決定された駆動方向や駆動量に基づき、アンテナ駆動機構15の駆動制御を行うアンテナ駆動部14と、を備える。
図2は、本発明が適用される前の比較形態に係る角度誤差検出装置12aの構成例を示している。なお出願人は、図2に示す角度誤差検出装置12aに対応する従来技術を見つけることはできなかった。従って、図2に記載の角度誤差検出装置12aを「比較形態」として扱ったことは、当該技術を従来技術として自認したことを意味しない。
例えば図2に示す追尾対象8は、予め設定された周波数範囲内で周波数が変化する通信信号を出力する。この通信信号は、前記周波数範囲内の周波数を有する搬送波によって変調されたベースバンド信号と、パルス信号とを含んでいる。
アンテナ11は、互いに受信位置が異なる第1の受信部2a、第2の受信部2bを備える。方位方向の測角を行う場合は、第1の受信部2a、第2の受信部2bは横方向に異なる位置に配置され、高さ方向の測角を行う場合は、第1の受信部2a、第2の受信部2bは高さ方向に異なる位置に配置される。
アンテナ11は、互いに受信位置が異なる第1の受信部2a、第2の受信部2bを備える。方位方向の測角を行う場合は、第1の受信部2a、第2の受信部2bは横方向に異なる位置に配置され、高さ方向の測角を行う場合は、第1の受信部2a、第2の受信部2bは高さ方向に異なる位置に配置される。
これら第1、第2の受信部2a、2bにて受信された通信信号A、Bは、例えばアンテナ11側に設けられた加算部21、22を経て、各々、和信号A+B、差信号A−Bとして出力される。
なお、図2、5に示した例においては、アンテナ11側で和信号、差信号を得る場合について説明したが、これらの信号を得る加算部21、22は、角度誤差検出装置12a、12側に設けてもよい。
なお、図2、5に示した例においては、アンテナ11側で和信号、差信号を得る場合について説明したが、これらの信号を得る加算部21、22は、角度誤差検出装置12a、12側に設けてもよい。
角度誤差検出装置12aは、不要な成分をろ波する受信フィルタ31a、31bや、ろ波後の和信号、差信号を増幅するAGC(Automatic Gain Controller)32a、32bが設けられた受信信号出力部3aと、角度誤差の検出を行う角度誤差検出部42が設けられた信号処理ブロック4aとを備える。
受信信号出力部3aと信号処理ブロック4aとの間は、和信号が通過する和信号用信号路33a、及び差信号が通過する差信号用信号路33bによって接続されている。
受信信号出力部3aと信号処理ブロック4aとの間は、和信号が通過する和信号用信号路33a、及び差信号が通過する差信号用信号路33bによって接続されている。
図2に示す信号処理ブロック4aは、和信号、差信号を直交復調する和差信号復調部41と、これら和信号、差信号を復調した結果に基づいて、角度誤差Δθを求める角度誤差検出部42とを備える。
図3は、信号処理ブロック4aに設けられている和差信号復調部41及び角度誤差検出部42の具体的な構成の一例を示している。図3の構成を説明する前に、当該信号処理ブロック4aを用いて角度誤差を求める手法について、図4を参照しながら説明する。
図3は、信号処理ブロック4aに設けられている和差信号復調部41及び角度誤差検出部42の具体的な構成の一例を示している。図3の構成を説明する前に、当該信号処理ブロック4aを用いて角度誤差を求める手法について、図4を参照しながら説明する。
図4は複素平面を示し、太い実線のベクトルA+Bは、和信号用信号路33aを介して得られた和信号を直交復調し、その同相成分(I(In-phase)成分)を複素平面上の実部、直交成分(Q(Quadrature-phase)成分)を虚部として複素ベクトル表示した結果を示している。また細い実線のベクトルA−Bは、差信号用信号路33bを介して得られた差信号を直交復調し、同じくI成分を実部、Q成分を虚部として複素ベクトル表示した結果を示している。
複素ベクトルA+Bの偏角をθ+、複素ベクトルA−Bの偏角θ-としたとき、これらの偏角の差分値Δθ(=θ-−θ+)を求めることにより、アンテナ11の角度誤差Δθを特定することができる。
ここで、下記複素ベクトルA+B、A−Bの内積は下記(1)式で表され、当該内積により得られる複素ベクトル(和差信号内積ベクトル)の偏角は(2)式で表される。
ここで、下記複素ベクトルA+B、A−Bの内積は下記(1)式で表され、当該内積により得られる複素ベクトル(和差信号内積ベクトル)の偏角は(2)式で表される。
図3の和差信号復調部41は、搬送波の周波数に対応する周波数信号(例えば余弦波)を出力する周波数発振部411と、当該周波数信号の位相を90°進めた周波数信号(例えば正弦波)を得る位相回転器412とを備える。
乗算器413aは、和信号用信号路33aを介して得られた和信号に周波数発振部411からの周波数信号を乗算し、ローパスフィルタ(LPF)414aにて不要成分を取り除くことによりI成分(I1)を取り出す。また、乗算器413bは、前記和信号に位相回転器412にて位相を90°進めた周波数信号を乗算し、LPF414bにて不要成分を取り除くことにより、Q成分(Q1)を取り出す。
乗算器413aは、和信号用信号路33aを介して得られた和信号に周波数発振部411からの周波数信号を乗算し、ローパスフィルタ(LPF)414aにて不要成分を取り除くことによりI成分(I1)を取り出す。また、乗算器413bは、前記和信号に位相回転器412にて位相を90°進めた周波数信号を乗算し、LPF414bにて不要成分を取り除くことにより、Q成分(Q1)を取り出す。
同様に乗算器413cは、差信号用信号路33bを介して得られた差信号に周波数発振部411からの周波数信号を乗算し、LPF414cにて不要成分を取り除くことによりI成分(I2)を取り出す。また、乗算器413dは、前記差信号に位相回転器412にて位相を90°進めた周波数信号を乗算し、LPF414dにて不要成分を取り除くことにより、Q成分(Q2)を取り出す。
角度誤差検出部42は、和信号のI1、Q1、差信号のI2、Q2を用い、図4を用いて説明した考え方に基づき、(1)式の虚部の値である「I1Q2−I2Q1」を求める。即ち、乗算器421bにて得られた「I1Q2」と乗算器421aにて得られた「I2Q1」との差分値が加算器422より出力される。
そして、係数乗算器423にて、当該差分値を実際の角度誤差に変換する、予め設定された変換係数を乗算すると、アンテナ11の正面方向に対する通信信号の受信方向のずれ量である角度誤差を得ることができる。
そして、係数乗算器423にて、当該差分値を実際の角度誤差に変換する、予め設定された変換係数を乗算すると、アンテナ11の正面方向に対する通信信号の受信方向のずれ量である角度誤差を得ることができる。
以上、図2、3を用いて説明した角度誤差検出装置12a(信号処理ブロック4a)は、和信号用信号路33a、差信号用信号路33bを介して取得した和信号、差信号の位相関係が、受信信号出力部3aから出力される和信号、差信号の位相関係と同じ状態を維持している場合に正しい角度誤差を得ることができる。
言い替えると、これらの信号路33a、33bを通過する間に、和信号や差信号の位相のずれが発生してしまうと、正しい角度誤差を得ることができなくなるおそれがある。
言い替えると、これらの信号路33a、33bを通過する間に、和信号や差信号の位相のずれが発生してしまうと、正しい角度誤差を得ることができなくなるおそれがある。
この点、既述のように、これらの信号路33a、33bは、例えば長さが数十メートル〜数百メートルの通信ケーブルを備え、双方の通信ケーブルの長さが厳密に揃っていなかったり、劣化の度合や配置環境の温度が異なっていたりすることにより、和信号、差信号がこれらの信号路33a、33bを通過する際に位相のずれが生じる場合がある。
そこで本例の角度誤差検出装置12は、和信号用信号路33a、差信号用信号路33bに向けて出力される前の和信号、差信号にパイロット信号を重畳し、和信号用信号路33a、差信号用信号路33bから取り出されたパイロット信号の位相差を比較し、検出された位相差を利して和信号、差信号の一方側(図7に示す例では差信号)を補正する機能を備える。
以下、図5〜8を参照しながらパイロット信号を用いた位相差の検出、及び補正の手法について説明する。なお、以下に説明する図5、7、9においては、図2、3を用いて説明したものと共通の構成要素には、これらの図に用いたものと共通の符号を付してある。
以下、図5〜8を参照しながらパイロット信号を用いた位相差の検出、及び補正の手法について説明する。なお、以下に説明する図5、7、9においては、図2、3を用いて説明したものと共通の構成要素には、これらの図に用いたものと共通の符号を付してある。
図5に示す角度誤差検出装置12において、受信信号出力部3は、パイロット信号である周波数信号を供給するためのパイロット信号発振部34と、このパイロット信号発振部34から供給されたパイロット信号を、和信号用信号路33a、差信号用信号路33bへ向けて出力される前の和信号、差信号に重畳するための加算部35a、35bとを備える。
パイロット信号発振部34及び加算部35a、35bは、本例のパイロット信号供給部に相当する。
パイロット信号発振部34及び加算部35a、35bは、本例のパイロット信号供給部に相当する。
図6に示すように、パイロット信号は、和差信号復調部41、パイロット信号復調部43の前段に設けられた不図示のアナログフィルタの通過帯域内(図6中に「受信フィルタ通貨帯域」と記載してある)であり、且つ、既述の予め設定された周波数範囲内で周波数が変化する通信信号に基づき得られる和信号または差信号の周波数範囲(同図中に「和差信号周波数範囲」と記載してある)からずれた周波数を有している。
後段の和差信号復調部41に設けられているLPF414a〜414dを用いてパイロット信号を除去する観点では、パイロット信号の周波数は、和差信号周波数範囲よりも高い周波数を有していることが好ましい。
後段の和差信号復調部41に設けられているLPF414a〜414dを用いてパイロット信号を除去する観点では、パイロット信号の周波数は、和差信号周波数範囲よりも高い周波数を有していることが好ましい。
また、パイロット信号の信号レベルは、和信号や差信号の受信特性の劣化とならない程度の強度に抑えることが好ましい。
和信号用信号路33a、差信号用信号路33bに対しては、上述のパイロット信号が重畳された和信号、差信号が各々、出力される。
和信号用信号路33a、差信号用信号路33bに対しては、上述のパイロット信号が重畳された和信号、差信号が各々、出力される。
また、和信号用信号路33a、差信号用信号路33bを介して、パイロット信号が重畳された和信号、差信号を取得する信号処理ブロック4には、既述の和差信号復調部41、角度誤差検出部42に加え、パイロット信号復調部43及び位相差・検出補正部44が設けられている。
パイロット信号復調部43、位相差・検出補正部44は、和信号、差信号に重畳されたパイロット信号を取り出して、和信号用信号路33a、差信号用信号路33bの通過に起因する位相のずれを検出し、その補正を行う機能を備える。
パイロット信号復調部43、位相差・検出補正部44は、和信号、差信号に重畳されたパイロット信号を取り出して、和信号用信号路33a、差信号用信号路33bの通過に起因する位相のずれを検出し、その補正を行う機能を備える。
パイロット信号復調部43、位相差・検出補正部44の具体的な構成(図7)を説明する前に、これらパイロット信号復調部43、位相差・検出補正部44を用いてパイロット信号の位相差を取り出し、補正を行う手法について図8を参照しながら説明する。
図8の太い実線のベクトルPL+は、和信号に重畳され、和信号用信号路33aを通過したパイロット信号を分離後、直交復調して、その同相成分(I’成分)を複素平面上の実部、直交成分(Q’成分)を虚部として複素ベクトル表示した結果を示している。また細い実線のベクトルPL-は、差信号に重畳され、差信号用信号路33bを通過したパイロット信号を分離後、直交復調して、同じくI’成分を実部、Q’成分を虚部として複素ベクトル表示した結果を示している。
図8の太い実線のベクトルPL+は、和信号に重畳され、和信号用信号路33aを通過したパイロット信号を分離後、直交復調して、その同相成分(I’成分)を複素平面上の実部、直交成分(Q’成分)を虚部として複素ベクトル表示した結果を示している。また細い実線のベクトルPL-は、差信号に重畳され、差信号用信号路33bを通過したパイロット信号を分離後、直交復調して、同じくI’成分を実部、Q’成分を虚部として複素ベクトル表示した結果を示している。
さらに、パイロット信号の2つのベクトルPL+とPL-との間に位相差が生じているとき、この位相差をΔθ’とする。
このとき、図8中に破線で示され、上述のパイロット信号内積ベクトルと共役なベクトル(下記(4)式で示される)の偏角は、−Δθ’である((5)式)。
このとき、図8中に破線で示され、上述のパイロット信号内積ベクトルと共役なベクトル(下記(4)式で示される)の偏角は、−Δθ’である((5)式)。
従って、差信号側を補正することにより上述の位相差を小さくしようとする場合、既述の(4)式に示す、パイロット信号内積ベクトルと共役なベクトルを差信号A−Bに乗算する。この演算の結果得られるベクトルは、和信号A+B側と位相の揃った差信号(A−B)’に比例する((6)式)。
そして、この和信号側と(6)式のベクトルに対して、図3、4を用いて説明した演算を実施することにより、位相の揃った和信号A+B、差信号(A−B)’を用いて正しい角度誤差を求めることができる。
図7は、上述の演算を行うパイロット信号復調部43、位相差・検出補正部44(位相差検出部44a、差信号補正部44b)の具体的な構成の一例を示している。
図7に示すパイロット信号復調部43は、和信号用信号路33a、差信号用信号路33bを通過した信号からそれぞれパイロット信号を取り出すバンドパスフィルタ435a、435bと、これらのパイロット信号に対し、搬送波の周波数に対応する周波数信号(例えば余弦波)を出力する周波数発振部431と、当該周波数信号の位相を90°進めた周波数信号(例えば正弦波)を得る位相回転器432とを備える。
図7に示すパイロット信号復調部43は、和信号用信号路33a、差信号用信号路33bを通過した信号からそれぞれパイロット信号を取り出すバンドパスフィルタ435a、435bと、これらのパイロット信号に対し、搬送波の周波数に対応する周波数信号(例えば余弦波)を出力する周波数発振部431と、当該周波数信号の位相を90°進めた周波数信号(例えば正弦波)を得る位相回転器432とを備える。
乗算器433aは、バンドパスフィルタ435aを介して分離された和信号側のパイロット信号に周波数発振部431からの周波数信号を乗算し、LPF434aにて不要成分を取り除くことによりI成分(I1’)を取り出す。また、乗算器433bは、前記和信号側のパイロット信号に位相回転器432にて位相を90°進めた周波数信号を乗算し、LPF434bにて不要成分を取り除くことにより、Q成分(Q1’)を取り出す。
同様に乗算器433cは、バンドパスフィルタ435bを介して分離された差信号側のパイロット信号に周波数発振部431からの周波数信号を乗算し、LPF434cにて不要成分を取り除くことによりI成分(I2’)を取り出す。また、乗算器433dは、前記差信号側のパイロット信号に位相回転器432にて位相を90°進めた周波数信号を乗算し、LPF434dにて不要成分を取り除くことにより、Q成分(Q2’)を取り出す。
また、位相差・検出補正部44を構成する位相差検出部44aは、(3)式の計算を行ってパイロット信号内積ベクトルの算出を行い、差信号補正部44bは、差信号に対してパイロット信号内積ベクトルと共役なベクトルを乗算する(6)式の計算を行う。
詳細には、位相差検出部44aは乗算器441cにてI1’とI2’とを乗算し、乗算器441aにてQ1’とQ2’とを乗算し、これらの乗算結果を加算器442aにて加算することにより(3)式の実部(I1’I2’+Q1’Q2’=I’’)を得る。また、乗算器441dにてI1’とQ2’とを乗算し、乗算器441bにてI2’とQ1’とを乗算し、加算器442bにて、これらの乗算結果の差分をとることにより(3)式の虚部(I1’Q2’−I2’Q1’=Q’’)を得る。
詳細には、位相差検出部44aは乗算器441cにてI1’とI2’とを乗算し、乗算器441aにてQ1’とQ2’とを乗算し、これらの乗算結果を加算器442aにて加算することにより(3)式の実部(I1’I2’+Q1’Q2’=I’’)を得る。また、乗算器441dにてI1’とQ2’とを乗算し、乗算器441bにてI2’とQ1’とを乗算し、加算器442bにて、これらの乗算結果の差分をとることにより(3)式の虚部(I1’Q2’−I2’Q1’=Q’’)を得る。
次いで差信号補正部44bは、乗算器444cにて差信号側のI2と、位相差検出部44a側から出力されたI’’とを乗算し、乗算器444aにて差信号側のQ2と位相差検出部44a側のQ’’とを乗算し、加算器445aにてこれらの乗算結果を加算することにより(6)式の実部(I2I’’+Q2Q’’)を得る。また、乗算器444bにて位相差・検出補正部44側のI’’と差信号側のQ2とを乗算し、乗算器444dにて差信号側のI2と位相差検出部44a側のQ’’とを乗算し、これらの乗算結果を加算器445bにての差分をとることにより(6)式の虚部(I’’Q2−I2Q’’)を得る。
位相差・検出補正部44にて得られた(6)式の演算結果(実部、及び虚部の値)を用いて角度誤差検出部42にて(1)式の計算を行うことにより、和信号用信号路33a、差信号用信号路33b内で発生した位相のずれ分が補正された角度誤差を得ることができる。
本実施の形態に係る角度誤差検出装置によれば以下の効果がある。角度誤差検出に用いられる和信号や差信号にパイロット信号を重畳してから信号路(和信号用信号路33a、差信号用信号路33b)へと出力し、これらの信号路33a、33bを通過したパイロット信号を分離して位相差の検出を行うので、通信路33a、33bを通過することに起因する和信号、差信号間の位相の変化をリアルタイムで把握し、補正することができる。
ここで、和信号用信号路33a、差信号用信号路33bを通過したパイロット信号の位相差Δθ’を利用して補正を行う対象は差信号側に限定されるものではない。
例えば既述の(6)式に替えて、下記(7)式に対応する演算を行うことにより、和信号側の補正を行ってもよい。
例えば既述の(6)式に替えて、下記(7)式に対応する演算を行うことにより、和信号側の補正を行ってもよい。
図9は、和信号側の補正を行う上述の演算を行う場合の信号処理ブロック4’の具体的な構成の一例を示している。図9に示す和差信号復調部41、パイロット信号復調部43、位相差検出部44aの構成は、図7を用いて説明した信号処理ブロック4の場合と同様である。
一方、和信号補正部44cでは、乗算器444aにて和信号側のI1と、位相差検出部44a側から出力されたI’’とを乗算し、乗算器444cにて和信号側のQ1と位相差検出部44a側のQ’’とを乗算し、これらの乗算結果を加算器445bにて減算することにより(7)式の実部(I1I’’−Q1Q’’)を得る。また、乗算器444dにて位相差・検出補正部44側のI’’と和信号側のQ1とを乗算し、乗算器444bにて和信号側のI1と位相差検出部44a側のQ’’とを乗算し、加算器445aにてこれらの乗算結果を加算することにより(7)式の虚部(I’’Q1+I1Q’’)を得る。
一方、和信号補正部44cでは、乗算器444aにて和信号側のI1と、位相差検出部44a側から出力されたI’’とを乗算し、乗算器444cにて和信号側のQ1と位相差検出部44a側のQ’’とを乗算し、これらの乗算結果を加算器445bにて減算することにより(7)式の実部(I1I’’−Q1Q’’)を得る。また、乗算器444dにて位相差・検出補正部44側のI’’と和信号側のQ1とを乗算し、乗算器444bにて和信号側のI1と位相差検出部44a側のQ’’とを乗算し、加算器445aにてこれらの乗算結果を加算することにより(7)式の虚部(I’’Q1+I1Q’’)を得る。
そして図9においても、位相差・検出補正部44(位相差検出部44a、和信号補正部44c)にて得られた(7)式の演算結果(実部、及び虚部の値)を用いて角度誤差検出部42にて(1)式の計算を行うことにより、和信号用信号路33a、差信号用信号路33b内で発生した位相のずれ分が補正された角度誤差を得ることができる。
以上、和信号や差信号、和信号用信号路33aや差信号用信号路33bを通過したパイロット信号についての直交復調の結果を利用して正確な角度誤差を検出する手法について説明したが、当該手法は上述の実施形態に限定されるものではない。
例えば位相比較器を用いて和信号用信号路33a、差信号用信号路33bを各々通過したパイロット信号の位相比較を行い、その位相差を求めて和信号A+B=Σ、差信号A−Bのいずれか一方を補正してもよい。しかる後、差信号A−B=Δの位相を90°回転させ(−jを乗算し)、−jΔ/Σが角度誤差Δθとほぼ比例した値となることを利用した公知の技術を利用して角度誤差を求めてもよい。
例えば位相比較器を用いて和信号用信号路33a、差信号用信号路33bを各々通過したパイロット信号の位相比較を行い、その位相差を求めて和信号A+B=Σ、差信号A−Bのいずれか一方を補正してもよい。しかる後、差信号A−B=Δの位相を90°回転させ(−jを乗算し)、−jΔ/Σが角度誤差Δθとほぼ比例した値となることを利用した公知の技術を利用して角度誤差を求めてもよい。
また、本発明の角度誤差検出装置の適用対処は、通信用の追尾受信システムに限定されない。例えばレーダーシステム内に本発明の角度誤差検出装置を設けてもよい。この場合は、追尾対象は探知目標となり、追尾対象からの周波数信号は、探知対象に周波数信号を照射して、反射された信号となる。
1 追尾受信システム
11 アンテナ
12、12a
角度誤差検出装置
2a 第1の受信部
2b 第2の受信部
21、22 加算部
3、3a 受信信号出力部
33a 和信号用信号路
33b 差信号用信号路
41 和差信号復調部
411 周波数発振部
42 角度誤差検出部
43 パイロット信号復調部
44 位相差・検出補正部
44a 位相差検出部
44b 差信号補正部
44c 和信号補正部
8 追尾対象
11 アンテナ
12、12a
角度誤差検出装置
2a 第1の受信部
2b 第2の受信部
21、22 加算部
3、3a 受信信号出力部
33a 和信号用信号路
33b 差信号用信号路
41 和差信号復調部
411 周波数発振部
42 角度誤差検出部
43 パイロット信号復調部
44 位相差・検出補正部
44a 位相差検出部
44b 差信号補正部
44c 和信号補正部
8 追尾対象
Claims (6)
- 追尾対象からの周波数信号を、アンテナの第1の受信部にて受信した第1の受信信号と、前記第1の受信部とはアンテナ内の受信位置が異なる第2の受信部にて受信した第2の受信信号との位相差に基づいて、前記アンテナの正面方向に対する、前記周波数信号の受信方向の角度誤差を検出する角度誤差検出装置において、
前記第1の受信信号及び第2の受信信号から求めた和信号と、差信号とを、各々、和信号用信号路及び差信号用信号路へと出力する受信信号出力部と、
和信号用信号路及び差信号用信号路へと出力される和信号及び差信号の各々に、位相が揃ったパイロット信号を重畳するパイロット信号供給部と、
前記和信号用信号路を通過した信号、及び差信号用信号路を通過した信号から、各々、パイロット信号を分離し、これら分離されたパイロット信号の位相差を検出するパイロット位相差検出部と、
前記和信号用信号路及び差信号用信号路を介して得られた和信号、差信号の一方側に対し、前記パイロット位相差検出部にて検出されたパイロット信号の位相差に対応した補正を行う補正部と、
前記補正部にて補正された和信号、差信号の一方側と、補正されていない他方側と、に基づき、前記角度誤差を検出する角度誤差検出部と、を備えたことを特徴とする角度誤差検出装置。 - 前記追尾対象からの信号は、搬送波により変調された信号であり、
前記和信号用信号路または差信号用信号路を介して得られた和信号、差信号を直交復調して、これら和信号及び差信号の同相成分(I成分)、直交成分(Q成分)を各々取得する和差信号復調部を備え、
前記位相差検出部は、前記I成分を複素平面上の実部、Q成分を虚部として複素ベクトル表示される前記差信号と和信号との内積を取って得られる和差信号内積ベクトルの虚部の値に基づき前記角度誤差を検出することを特徴とする請求項1に記載の角度誤差検出装置。 - 前記分離されたパイロット信号を直交復調して、前記和信号用信号路または差信号用信号路を通過したパイロット信号の同相成分(I’成分)、直交成分(Q’成分)を各々取得するパイロット信号復調部を備え、
前記補正部は、前記I’成分を複素平面上の実部、Q’成分を虚部として複素ベクトル表示される前記和信号用信号路を通過したパイロット信号と、前記差信号用信号路を通過したパイロット信号との内積を取って得られるパイロット信号内積ベクトルに基づき前記和信号、差信号の一方側の補正を行うことを特徴とする請求項2に記載の角度誤差検出装置。 - 前記補正部は、前記パイロット信号内積ベクトルと共役な共役ベクトルを前記複素ベクトル表示された差信号に乗算することにより、当該差信号の補正を行うことを特徴とする請求項3に記載の角度誤差検出装置。
- 前記補正部は、前記パイロット信号内積ベクトルを前記複素ベクトル表示された和信号に乗算することにより、当該差信号の補正を行うことを特徴とする請求項3に記載の角度誤差検出装置。
- 前記追尾対象からの周波数信号は、予め設定された周波数範囲内で周波数が変化し、
前記パイロット信号は、前記和信号または差信号以外の不要な周波数成分を除去するための帯域通過フィルタの通過帯域内の周波数であって、前記周波数範囲内の周波数信号に基づき得られる和信号または差信号の周波数範囲からずれた周波数を有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載の角度誤差検出装置。
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US4752884A (en) * | 1985-07-18 | 1988-06-21 | Hughes Aircraft Company | Precision platform pointing controller for a dual-spin spacecraft |
EP1292017A1 (en) * | 2001-09-08 | 2003-03-12 | Semiconductor Ideas to The Market BV | Receiver |
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US10006789B2 (en) * | 2016-04-27 | 2018-06-26 | Tdk Corporation | Correction apparatus for angle sensor, and angle sensor |
US10836429B2 (en) * | 2016-07-20 | 2020-11-17 | Tdk Corporation | Angle sensor and angle sensor system |
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