JP3629464B2 - 変調信号源方向探知方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、変調信号源の方向を探知する方法及び装置に関し、特に、スペクトラム拡散技術を用いた変調信号源方向探知方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、セル方式電話システムでは、干渉（混信）の原因を見つけるのに長い時間がかかっている。典型的なアプローチは、指向性アンテナに結合された高感度受信器やスペクトラム・アナライザを用いている。振幅表示又は可聴トーン振幅のいずれかを観察しながら、干渉源からの受信信号が最大となるように指向性アンテナを移動させて、この信号の到達方向を求めている。この方法の利点は、容易に利用できるハードウェアを用いる簡便さにある。しかし、この方法の欠点は、指向性アンテナの主パターン・ローブの幅により、方向を測定する際の確度が限定されることである。
【０００３】
他の周知のアプローチでは、２個以上のアンテナを用い、各アンテナにおける干渉信号の到達の相対位相又は相対時間を比較する。到達の相対位相又は相対時間を知ると共に、アンテナ列がどのように構成されているかを知ることにより、干渉信号がこれらアンテナと交差して通過する際に、干渉信号の到達方向を推定できる。この点に関しては、例えば、マグロウヒル・ブック・カンパニーが１９５２年に出版したターマン及びペチット著「電子測定（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）」第２版の４６５〜４６７ページに記載されている。いくつかのシステムでは、２個以上のアンテナを互いに固定関係で設置し、被測定信号の到達時間又は位相を等化するためにこれらアンテナを物理的に回転させて、干渉源の信号路を求めている。また、他のシステムでは、これらアンテナを固定している。
【０００４】
多数のアンテナを用いたアプローチの問題点は、各アンテナ、即ち、各チャネル毎に、ある形式の受信器又はダウン・コンバータが必要になることである。各受信器の特性は、確度を高めるために、互いにマッチングする必要がある。また、多数の受信周波数の応答及び利得特性に追従するために、必要な調整が大変である。
【０００５】
第２次世界大戦頃の３０年間の期間中、１台の受信器の入力をあるアンテナから別のアンテナに電気的に切り替えることにより、総てのアンテナに対して１台の受信器を兼用して、受信器のマッチングの問題を解決していた。この単一の受信器は、複数のアンテナの間で効率的にマルチプレクス（切り替え）されていた。次に、受信器の出力信号をデマルチプレクス（逆切り替え）し、このデマルチプレクスした信号を用いて陰極線管（ＣＲＴ）表示器を駆動し、瞬時的に方向を指示するシステムを構成した。振幅変調の如きコヒーレントなキャリアを有する信号を測定すると、平均化技術又は位相拘束技術を用いて、アンテナ対アンテナのキャリア位相を比較して、信号の到達時間を求めることができた。しかし、最新のデジタル変調信号の場合、特に、スペクトラム拡散信号の場合、ＲＦ（無線周波数）キャリアの瞬時位相が変調により隠れてしまう。２個のアンテナにおける信号の瞬時測定が求められている。
【０００６】
他のアプローチでは、オーディオ・レートで、２個以上、典型的には、３個又は４個のアンテナの間で受信器を切り替えた。ダウン・コンバートした（周波数を下げた）信号は、周波数変調（ＦＭ）として検出され、時間の関数で位相が変化するレートで周波数もシフトする。よって、信号の到達角度を求める測定ができる。この技術は、振幅変調又は狭帯域周波数変調などの比較的コヒーレントなキャリアを有する信号に対して非常に有効である。しかし、この技術は、デジタル変調技術がキャリア位相を隠す際に、良好な結果が得られない。これは、スペクトラム拡散技術を用いた際も同様である。この場合、キャリアがノイズ状に現れるように配慮する。
【０００７】
なお、上述した形式の方向探知機に関する更に詳細な説明に関しては、例えば、マグロウヒル・ブック・カンパニーが１９６１年に発行したジョンソン及びジャシク著の「アンテナ・エンジニアリング・ハンドブック（Ａｎｔｅｎｎａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）」第２版の３９−１２〜３９−１６ページに記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
信号がデジタル的に変調された抑制キャリア信号であっても、干渉信号源の方向を正確に指示できる多チャネル方向探知機が望まれている。
【０００９】
したがって、本発明は、被測定変調信号がデジタル変調信号であっても、変調信号源の方向を高精度に探知できる方法及び装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、変調信号源の方向を探知する方法であって；変調信号源からの信号を受信するアンテナ列（１２）からの複数の信号の各々を固有の疑似乱数コード（ＰＲＮ）と乗算し（１６）；この乗算結果の乗算信号を加算し（２０）；この加算結果の加算信号を復調し（２２）；この加算信号を分析して、アンテナの１つを基準として、アンテナ列の各アンテナにおける変調信号源からの信号の到達の相対位相又は相対時間を求め、到達の相対位相又は相対時間とアンテナ列の構成とに応じて、変調信号源の方向を求める（２４）ことを特徴としている。
また、本発明は、変調信号源の方向を探知する装置であって；所定構成の複数のアンテナ（１２）と；変調信号源から受信した信号に応答して、アンテナの各々からの出力を個別の疑似乱数コード（ＰＲＮ）を乗算して、各アンテナ毎のスペクトラム拡散出力信号を発生する手段（１６）と；複数の拡散スペクトラム出力信号を加算して、加算出力信号を発生する手段（２０）と；加算出力信号を復調して、デジタル中間周波数信号を発生する手段（２２）と；デジタル中間周波数信号を分析して、アンテナの１つを基準とし、アンテナの各々における変調信号源からの信号の到達の相対位相又は相対時間を求めて、変調信号源の方向を求める手段（２４）とを具えている。
【００１１】
本発明は、各アンテナ・チャネルを、値又は時間が個別のＰＲＮコードで変調するスペクトラム拡散技術を用いる。各アンテナの出力信号及びＰＲＮコードの乗算によりエンコードされたチャネルの信号を加算し、単一の復調器（ダウン・コンバータ）で処理し、デジタイザでデジタル化する。対応するＰＲＮコード値又は時間を用いて、この結果の中間周波数（ＩＦ）信号をデジタル信号処理（ＤＳＰ）エンジンによって分析して、基準チャネルに対する各チャネルの到達位相又は到達時間を求める。この到達位相及び／又は到達時間から、信号源の正確な方向を求める。
【００１２】
本発明の目的、利点及び新規な特徴は、添付図を参照した以下の詳細説明から一層明らかになろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によってスペクトラム拡散技術を用いた方向探知装置のブロック図である。変調信号源からの信号を受信するＮ個のアンテナ１２を通常の配列で配置する。なお、Ｎは、２以上の整数である。図において、参照符号の下付数字は、チャネル番号を表すが、下付数字を用いないで説明したときは、全チャネルの対応素子を示す。要求に応じて、アンテナ１２を任意の数のフォーマットにて配置してもよく、これらフォーマットには、線形、円形、矩形の構成が一般的である。ノイズ指数を維持する必要があるならば、各アンテナ・チャネルは、最少の同調要素を有するブロードバンド増幅器である前置増幅器１４を具えてもよい。各アンテナからの変調信号は、直接シーケンス・スペクトラム拡散変調器１６を通過する。これら変調器１６にて、各信号は、異なる疑似乱数（ＰＲＮ）コード、又は各アンテナ・チャネル毎に異なる量だけ遅延された同じＰＲＮコードとの乗算によりエンコード（変調）される。次に、各変調器１６からの乗算信号であるスペクトラム拡散出力信号は、緩衝増幅器１８を通過して、加算回路２０に入力する。加算された信号（加算信号）は、ダウン・コンバータ及びデジタイザ（デジタル化回路）２２に供給されて、ダウン・コンバートされ（周波数が下げられ）、即ち、復調され、且つデジタル化されて、デジタル中間周波数信号となる。このデジタル中間周波数信号は、分析のために、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）エンジン（回路）２４に供給される。ＰＲＮ発生器２６は、ＰＲＮコードを発生する。単一のＰＲＮコードの場合、このＰＲＮコードが遅延回路２８に入力されて、順次遅延されたＰＲＮコードが変調器１６の各々に供給される。また、ＰＲＮ発生器２６は、夫々異なるＰＲＮコードを発生し、変調器１６の各々に供給してもよい。
【００１４】
図２は、図１の方向探知装置で用いるデジタル信号処理エンジン２４の動作を説明する流れ図である。図２の各ブロックは、デジタル信号処理エンジン２４の各機能を表すものである。ダウン・コンバータ及びデジタイザ２２からのデジタル中間周波数（ＩＦ）信号は、少なくとも２個の乗算器３０に供給される。これら乗算器３０は、フィルタ３２の各々と直列になっており、各組み合わせが相関器３４を形成する。アンテナ信号の各々は、全体から抽出することができる。この場合、正確に時間同期（シーケンス同期）し、ＰＲＮ発生器２６からのＰＲＮコードを再現したバージョンのＰＲＮコードとアンテナ信号の各々とを乗算し、ろ波（フィルタ処理）する。このために、ＰＲＮ発生器２６からのシーケンス同期信号を分析用ＰＲＮ発生器３６に供給する。このＰＲＮ発生器３６が相関を非常に簡単にするが、正確な動作のためには必要ない。分析用ＰＲＮ発生器３６からのＰＲＮコードがデジタル遅延回路３８を介して、第１乗算器３０１に供給される。この遅延回路３８は、第１アンテナ・チャネル内のエンコード信号と時間的に同期しており、ダウン・コンバータでの処理時間に対応する遅延を付加する。第２乗算器３０２には、適切なＰＲＮコード信号が送られ、以下同様に、２番目〜Ｎ番目のチャネルを順番にデコード（乗算及びフィルタ処理）する。なお、図２では、２チャネルのみを代表的に示している。各チャネル信号をデコードした後に、比較器４０が、各チャネル信号の到達位相又は到達時間を第１アンテナ・チャネルの到達位相又は到達時間と比較する。比較結果である時間差又は位相差により、２番目〜Ｎ番目までの信号の各々が到達した相対時間を求める。Ｎチャネルの総てを測定した後に、アンテナ１２の構成に基づいて、到達信号の方向を推定する。
【００１５】
典型的には、同じＰＲＮシーケンスを遅延したものを用いて各信号をエンコードすることが可能である。存在する多くのシーケンスでは非整列コード（ｎｏｎ−ａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｄｅｓ）の自動相関係数が非常に小さいので、このエンコードを簡単に行える。行う必要のあることの総ては、各ＰＲＮコードのサンプル間の時間遅延が、アンテナ列と交差して伝搬する信号にとって必要な遅延時間を超えていることである。他の場合には、完全に異なるＰＲＮコードを使用することができる。また、ダウン・コンバータ及びデジタイザ２２の全信号帯域幅と交差して入力信号が拡散するように、このＰＲＮコードのチャープ・レートを選択する。
【００１６】
よって、本発明の方向探知装置及び方法によれば、スペクトラム拡散技術を用いて、各アンテナ・チャネルを、値又は時間において固有のＰＲＮコード（即ち、夫々値が異なるＰＲＮコード、又は、時間的に遅延した同じＰＲＮコード）により変調し、これらチャネル信号を加算し、単一の復調器／デジタイザで処理し、この結果のデジタルＩＦ信号をＤＳＰエンジンにより分析する。このＤＳＰエンジンでは、対応する固有のＰＲＮコードを用いて、あるチャネルに対する各チャネルの到達位相又は時間を求める。これにより、信号源の方向を正確に求めることができる。
【００１７】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、スペクトラム拡散技術を用いて、変調信号がデジタル変調されていて、キャリア位相を隠す場合でも、その変調信号源の方向を高精度に探知できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によってスペクトラム拡散技術を用いた方向探知装置のブロック図である。
【図２】図１の方向探知装置で用いるデジタル信号処理エンジンの動作を説明する流れ図である。
【符号の説明】
１２ アンテナ
１４ 前置増幅器
１６ 変調器
１８ 緩衝増幅器
２０ 加算器
２２ ダウン・コンバータ及びデジタイザ
２４ ＤＳＰエンジン
２６ ＰＲＮ発生器
２８ デジタル遅延回路
３０ 乗算器
３２ フィルタ
３６ ＰＲＮ発生器
３８ デジタル遅延回路
４０ 比較器

Claims (4)

1. 変調信号源の方向を探知する方法であって、
   上記変調信号源からの信号を受信するアンテナ列からの複数の信号の各々を固有の疑似乱数コードと乗算し、
   この乗算結果の乗算信号を加算し、
   この加算結果の加算信号を復調し、
   上記加算信号を分析して、上記アンテナの１つを基準として、上記アンテナ列の各アンテナにおける上記変調信号源からの信号の到達の相対位相又は相対時間を求め、上記到達の相対位相又は相対時間と上記アンテナ列の構成とに応じて、上記変調信号源の方向を求めることを特徴とする変調信号源方向探知方法。
2. 上記個別の疑似乱数コードが、上記アンテナ列の各アンテナの対して夫々異なる複数の疑似乱数コードと、上記アンテナ列の各アンテナに対して異なる量だけ遅延された単一の疑似乱数コードとから成るグループから選択された一方であることを特徴とする請求項１の変調信号源方向探知方法。
3. 変調信号源の方向を探知する装置であって、
   所定構成の複数のアンテナと、
   上記変調信号源から受信した信号に応答して、上記アンテナの各々からの出力を個別の疑似乱数コードを乗算して、各アンテナ毎のスペクトラム拡散出力信号を発生する手段と、
   複数の上記拡散スペクトラム出力信号を加算して、加算出力信号を発生する手段と、
   上記加算出力信号を復調して、デジタル中間周波数信号を発生する手段と、
   上記デジタル中間周波数信号を分析して、上記アンテナの１つを基準とし、上記アンテナの各々における上記変調信号源からの信号の到達の相対位相又は相対時間を求めて、上記変調信号源の方向を求める手段と
   を具えた変調信号源方向探知装置。
4. 上記個別の疑似乱数コードが、上記アンテナ列の各アンテナの対して夫々異なる複数の疑似乱数コードと、上記アンテナ列の各アンテナに対して異なる量だけ遅延された単一の疑似乱数コードとから成るグループから選択された一方であることを特徴とする請求項３の変調信号源方向探知装置。

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