JP3480804B2 - 方位測定装置及び方法 - Google Patents

方位測定装置及び方法

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JP3480804B2 JP04211098A JP4211098A JP3480804B2 JP 3480804 B2 JP3480804 B2 JP 3480804B2 JP 04211098 A JP04211098 A JP 04211098A JP 4211098 A JP4211098 A JP 4211098A JP 3480804 B2 JP3480804 B2 JP 3480804B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、指向性を有する
ビームを回転または走査することにより、到来する電磁
波を捕捉するアンテナを用いて、到来する電磁波を捕捉
して電磁波の到来方位を測定する方位測定装置及び方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、指向性を有するビームを回転す
ることにより、到来する電磁波を捕捉するアンテナを用
いた方位測定装置においては、回転ビームの方探信号の
波形が低い周波数の場合に緩やかな波形となり、高い周
波数の場合には鋭い波形となる。ここで、回転ビームが
一回転した場合のそれぞれの概略波形を図5及び図6に
示している。なお、図5及び図6において、縦軸は信号
レベル、つまり電磁波の強さを示しており、横軸は回転
ビームの方位を示している。また、図5は周波数が低い
場合を示し、図6は周波数が高い場合を示している。
【0003】これら図5及び図6の波形において、電磁
波の到来方位は、電磁波が最も強く受信された方位であ
り、つまり波形の最大ピークとなった方位である。ここ
で、自動的に方位を読み取るための1つの方法は、波形
のピークサーチ処理を行ない、このサーチ結果に基づい
て、到来方位を決定する方法がある。入力波形が高い周
波数である場合には、図6に示すように、容易にピーク
を決定することができるが、周波数が低くなるにつれ
て、図5に示すように、ピーク部分が緩やかになり、こ
のため、方位の決定ができなくなるか、たとえ決定でき
たとしても、決定した方位に大きな誤差を含むことにな
る。
【0004】さらに、実際の電磁波を受信した場合に
は、方探波形として出力される波形に雑音が重畳されて
おり、ますます方位の決定が困難となる。また、自動的
に方位を読み取るための他の方法としては、方探波形に
対して相関処理を行なうことにより到来方位を決定する
方法がある。この相関処理により得られる波形を図7及
び図8に示す。図7は周波数が低い場合の波形であり、
図8は周波数が高い場合の波形である。また、図7及び
図8において、縦軸は信号レベルを示し、横軸は回転ビ
ームの方位を示している。
【0005】すなわち、この相関処理による方法は、波
形の基準パターンを用意し、この基準パターンと入力さ
れる方探波形との相関値を抽出し、この相関値のピーク
となる部分を電磁波の到来方位として求めるものであ
る。
【0006】ところが、上記相関処理の場合でも前記の
ピークサーチ処理と同様の問題があり、方探波形が緩や
かな波形の場合にはその相関処理の結果も図7に示すよ
うに緩やかなものとなりピークの決定が困難となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、上記ピ
ークサーチ処理及び相関処理の両方の方法では、入力さ
れる方探波形が緩やかになっている場合には、アンテナ
により捕捉した電磁波の到来方位の決定が困難となるば
かりでなく、決定した到来方位の測定結果に大きな誤差
を含むという問題を有している。
【0008】この発明の目的は、緩やかな方探波形の場
合にも、アンテナにより捕捉した電磁波の到来方位を正
確に測定可能な方位測定装置及び方法を提供することに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、指向性を有するビームを回転または走
査することにより、到来する電磁波を捕捉するアンテナ
を備えることに着目し、このアンテナを用いて得られ、
電磁波の捕捉結果を含むビーム波形を受信処理用に特定
された受信周波数に変換した後、電磁波の到来方位で最
大振幅を示す方探波形を成形するようにしている。そし
て、この方探波形に対して、予め求められたアンテナの
ビーム送信初期方位で最大振幅を示す基準波形を基準と
して、単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合
わせることにより、電磁波の到来方位で最大ピーク値を
示すインパルス応答波形を成形し、このインパルス応答
波形に基づいて、電磁波の到来方位を算出するようにし
ている。
【0010】具体的には、上記アンテナに加えて、この
アンテナにより得られ、捕捉結果を含むビーム波形を受
信処理用に特定された受信周波数に変換する受信部と、
この受信部の出力に基づいて、電磁波の到来方位で最大
振幅を示す方探波形を成形する方探波形成形部と、この
方探波形成形部により成形された方探波形に対して、予
め求められたアンテナのビーム送信初期方位で最大振幅
を示す基準波形を基準として、単位時間当たりの波形変
化成分を抽出して組み合わせることにより、電磁波の到
来方位で最大ピーク値を示すインパルス応答波形を成形
し、このインパルス応答波形に基づいて、電磁波の到来
方位を算出する信号波形処理部とを備えるようにしてい
る。
【0011】この構成によれば、指向性を有するビーム
を回転または走査するアンテナを用いて到来する電磁波
を捕捉し、この捕捉結果を含むビーム波形を入力して電
磁波の到来方位で最大振幅を示す方探波形を成形し、こ
の方探波形に対して、予め求められたアンテナのビーム
送信初期方位で示し方探波形と同一周波数である基準波
形を基準として、単位時間当たりの波形変化成分を抽出
して組み合わせることにより、電磁波の到来方位で鋭い
ピークとなり、かつ電磁波以外の方位におけるピークの
出現を除いたインパルス応答波形に成形するようにして
いる。この場合、インパルス応答波形は、方探波形及び
基準波形に対して、畳み込み演算の逆演算に相当するデ
コンボリューション処理を実行することにより求められ
る。
【0012】この結果、得られるインパルス応答波形
は、入力波形が低い周波数で緩やかな場合でも、電磁波
の到来方位で鋭いピークを持つため、方位の判定が容易
となるとともに方位の判定誤りがなくなり、正確な電磁
波の到来方位の測定が可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。図1は、この発明
の一実施の形態である方位測定装置のブロック構成を示
し、図2は例えば単一方向から到来する電磁波を捕捉す
るためのアンテナパターンを示している。
【0014】図1において、図中符号11はアンテナ
で、指向性を有するアンテナビームAを送信して、この
アンテナビームAを図2で示す矢印Z1方向に回転また
は走査させることで、到来する電磁波(図2中では例え
ば方位−45°)を捕捉するものである。そして、この
アンテナ11により得られ、電磁波の捕捉結果を含むア
ンテナビーム波形信号は、受信部12に供給される。な
お、図2では、アンテナビームAを回転させる例につい
て示している。
【0015】受信部12は、入力されたアンテナビーム
波形信号を受信処理用に特定された中間周波数信号に変
換して、方探波形成形部13に出力する。方探波形成形
部13は、入力された中間周波数信号に基づいて、電磁
波の到来方位で最大振幅を示す方探波形を成形し、この
方探波形信号を信号波形処理部14に出力する。
【0016】信号波形処理部14は、アンテナ11のア
ンテナビーム送信初期方位で最大振幅を示し方探波形と
同一周波数である基準波形を予め格納しており、入力さ
れた方探波形信号に対して、基準波形を基準に、単位時
間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせることに
より、電磁波の到来方位で最大ピーク値を示すインパル
ス応答波形を成形し、このインパルス応答波形に基づい
て、電磁波の到来方位を測定し、図示しない外部装置に
測定結果を出力する。
【0017】次に、上記信号波形処理部14の処理動作
について、図3及び図4を参照して説明する。なお、図
3及び図4において、縦軸は信号レベル、つまり電磁波
の強さを示し、横軸は方位を示している。
【0018】すなわち、信号波形処理部14に入力され
た方探波形は、図3に示すように、アンテナ11のアン
テナビーム送信初期方位で最大振幅を示す基準波形と、
電磁波の方位を示すインパルス応答波形とのコンボリュ
ーション、つまり畳み込み演算処理により生成されてい
ると仮定する。
【0019】したがって、信号波形処理部14は、図4
に示すように、方探波形を入力して、アンテナビーム送
信初期方位(図4中では0°の方位)で最大振幅を示す
基準波形を与えて、畳み込み演算の逆演算に相当するデ
コンボリューション処理を実行することにより、電磁波
の到来方位で最大ピーク値を示すインパルス応答波形を
求めている。つまり、デコンボリューション処理は、方
探波形に対して、基準波形を基準として、単位時間当た
りの波形変化成分を抽出して組み合わせるような処理を
している。
【0020】なお、このインパルス応答波形におけるイ
ンパルスの位置は、方探波形の時間位置(t)を示すも
のである。ここで、電磁波の到来方位θは、インパルス
の時間位置をtとし、波形の1周期の時間をTとして用
いると、次式のように表される。 θ=(t/T)×2π[rad] ここで、得られたインパルスは、従来のピークサーチ,
相関処理等の結果として得られる緩やかな波形と異な
り、入力波形が緩やかな場合でも鋭いピークを持つよう
になる。
【0021】したがって、上記実施の形態によれば、指
向性を有するビームを回転または走査するアンテナ11
を用いて到来する電磁波を捕捉し、この捕捉結果を含む
アンテナビーム波形を受信部12で中間周波数信号に変
換した後、方探波形成形部13にて電磁波の到来位置で
最大振幅を示す方探波形を成形し、信号波形処理部14
にて方探波形に対して、予め求められたアンテナ11の
ビーム送信初期位置で示し方探波形と同一周波数である
基準波形を与えて畳み込み演算の逆演算に相当するデコ
ンボリューション処理を実行することにより、電磁波の
到来位置で鋭いピークとなり、かつ電磁波以外の位置に
おけるピークの出現を除いたインパルス応答波形に成形
するようにしている。
【0022】このため、得られるインパルス応答波形
は、入力波形が低い周波数で緩やかな場合でも、電磁波
の到来位置で鋭いピークを持つため、方位の判定が容易
となるとともに方位の判定誤りがなくなり、正確な電磁
波の到来方位の測定が可能となる。さらに、方探波形に
重畳される雑音等を除去することもできる。
【0023】また、上記実施の形態によれば、アンテナ
11により単一ビームを回転させることにより得られた
電磁波を含むビーム波形を方探波形に変換して後、信号
波形処理部14にて基準波形を与えてデコンボリューシ
ョン処理を実行するのみでインパルス応答波形を得るこ
とが可能であるため、複雑な波形処理を必要とすること
なく、これにより、波形の高速処理化及び装置の小型化
にも寄与できる。
【0024】さらに、上記実施の形態において、インパ
ルス応答波形の最大ピーク値を1に正規化して、このイ
ンパルス応答波形をn(nは整数)乗して良好なインパ
ルス応答波形を得るようにしてもよい。
【0025】なお、上記実施の形態において、アンテナ
11の形状,アンテナビームの形成方法及び方探波形成
形部13における方探波形の生成方法については、どの
ような方法でもよいことはもちろんのことである。ま
た、この発明は、上記実施の形態に限定されるものでは
なく、その他この要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施できることはもちろんのことである。
【0026】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
アンテナにより捕捉した電磁波の到来方位を正確に測定
可能な方位測定装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る方位測定装置の一実施の形態を
示すブロック構成図。
【図2】同実施の形態における単一方向から到来する電
磁波を捕捉するためのアンテナパターンを示す図。
【図3】同実施の形態における信号波形処理部の処理動
作の例としてコンボリューション処理を説明するために
示す図。
【図4】同実施の形態における信号波形処理部の処理動
作の例としてデコンボリューション処理を説明するため
に示す図。
【図5】従来のピークサーチ処理で得られる周波数の低
い波形の一例を示す図。
【図6】従来のピークサーチ処理で得られる周波数の高
い波形の一例を示す図。
【図7】従来の相関処理で得られる周波数の低い波形の
一例を示す図。
【図8】従来の相関処理で得られる周波数の高い波形の
一例を示す図。
【符号の説明】
11…アンテナ、 12…受信部、 13…方探波形成形部、 14…信号波形処理部。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 指向性を有するビームを回転または走査
    することにより、到来する電磁波を捕捉するアンテナ
    と、 このアンテナにより得られ、捕捉結果を含むビーム波形
    を受信処理用に特定された受信周波数に変換する受信部
    と、 この受信部の出力に基づいて、前記電磁波の到来方位で
    最大振幅を示す方探波形を成形する方探波形成形部と、 この方探波形成形部により成形された方探波形に対し
    て、予め求められた前記アンテナのビーム送信初期方位
    で最大振幅を示し前記方探波形と同一周波数である基準
    波形を基準として、単位時間当たりの波形変化成分を抽
    出して組み合わせることにより、前記電磁波の到来方位
    で最大ピーク値を示すインパルス応答波形を成形し、こ
    のインパルス応答波形に基づいて、前記電磁波の到来方
    位を算出する信号波形処理部とを具備してなることを特
    徴とする方位測定装置。
  2. 【請求項2】 前記信号波形処理部は、前記方探波形及
    び前記基準波形に対して、畳み込み演算の逆演算に相当
    するデコンボリューション処理を実行することにより、
    前記インパルス応答波形を求めるデコンボリューション
    処理手段を有してなることを特徴とする請求項1記載の
    方位測定装置。
  3. 【請求項3】 指向性を有するビームを回転または走査
    することにより、到来する電磁波を捕捉するアンテナを
    備えた場合に、このアンテナにより得られ、捕捉結果を
    含むビーム波形を受信処理用に特定された受信周波数に
    変換した後、前記電磁波の到来方位で最大振幅を示す方
    探波形を成形し、この方探波形に対して、予め求められ
    たアンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示し前記
    方探波形と同一周波数である基準波形を基準として、単
    位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせるこ
    とにより、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す
    インパルス応答波形を成形し、このインパルス応答波形
    に基づいて、前記電磁波の到来方位を算出するようにし
    たことを特徴とする方位測定方法。
  4. 【請求項4】 前記インパルス応答波形は、前記方探波
    形と前記基準波形との畳み込み演算の逆演算に相当する
    デコンボリューション処理を実行することにより求めら
    れることを特徴とする請求項3記載の方位測定方法。
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