JP4712410B2 - Radio wave direction detecting device and radio wave direction detecting method - Google Patents
Radio wave direction detecting device and radio wave direction detecting method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4712410B2 JP4712410B2 JP2005053688A JP2005053688A JP4712410B2 JP 4712410 B2 JP4712410 B2 JP 4712410B2 JP 2005053688 A JP2005053688 A JP 2005053688A JP 2005053688 A JP2005053688 A JP 2005053688A JP 4712410 B2 JP4712410 B2 JP 4712410B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- radio wave
- wave direction
- detecting device
- signal
- amplitude
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
本発明は、到来電波の入射方向を推定する電波方向探知に関する技術であり、特に、複数の指向方向の異なるアンテナの受信信号に基づいて信号処理を行い、電波の入射方向を推定する電波方向探知装置および電波方向探知方法に関する。 The present invention relates to a radio wave direction detection technique for estimating the incident direction of an incoming radio wave, and in particular, radio wave direction detection that estimates the incident direction of a radio wave by performing signal processing based on received signals from a plurality of antennas having different directivity directions. The present invention relates to an apparatus and a radio wave direction detection method.
従来のこの種の電波方向探知装置としては、４つのカージオイドアンテナを備え、そのナル方向を９０度間隔で配置した構成を持つものがある（例えば、特許文献１参照）。これら４つのアンテナを電気的に切替えることにより、カージオイド特性から出力信号として振幅変調された信号が得られ、この位相から電波方向を探知するものである。 As a conventional radio wave direction detection device of this type, there is one having a configuration in which four cardioid antennas are provided and their null directions are arranged at intervals of 90 degrees (for example, see Patent Document 1). By electrically switching these four antennas, an amplitude-modulated signal is obtained as an output signal from the cardioid characteristic, and the radio wave direction is detected from this phase.
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来の電波方向探知装置は、上述したように、４つのカージオイド特性のアンテナを電気的に切替え、その結果として得られる振幅変調された信号の位相から電波方向を検出する。位相検出は、アナログ処理により実現されるので、特にＳ／Ｎが低い場合には雑音の影響で位相検出精度が低下する課題があった。また、従来の電波方向探知装置は、方位評価関数を必要とするので、演算量が大きくなる課題があった。 However, the prior art has the following problems. As described above, the conventional radio wave direction detecting device electrically switches the four cardioid antennas and detects the radio wave direction from the phase of the amplitude-modulated signal obtained as a result. Since the phase detection is realized by analog processing, there is a problem that the phase detection accuracy is lowered due to the influence of noise particularly when the S / N is low. Moreover, since the conventional radio wave direction detecting device requires an azimuth evaluation function, there is a problem that the amount of calculation becomes large.
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、複数の指向方向の異なるアンテナの受信信号に基づいて、簡単かつ精度よく到来電波の入射方向を推定することができる電波方向探知装置および電波方向探知方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can detect a direction of incoming radio waves easily and accurately based on received signals from a plurality of antennas having different directivity directions. An object is to obtain a device and a radio wave direction detection method.
本発明に係る電波方向探知装置は、指向方向の異なるカージオイド特性を有する複数のアンテナで受信した信号に基づいて、複数の指向方向の異なるアンテナの受信信号を出力する受信信号生成手段と、受信信号生成手段からの受信信号に基づいて、各指向方向における受信信号の振幅値を算出する振幅推定手段と、振幅推定手段からの各指向方向の振幅値に基づいて算出したＤＣ成分により、各指向方向の振幅値をオフセットしてオフセット関数値を算出するオフセット手段と、直交する２つの基準信号を荷重合成した信号と、オフセット手段からのオフセット関数値との差分の自乗平均を最小化するようにして、直交する２つの基準信号のそれぞれの荷重を計算する荷重計算手段と、荷重計算手段で計算されたそれぞれの荷重の比から電波の入射方向を推定する電波方向推定手段とを備えたものである。 The radio wave direction detecting device according to the present invention includes a reception signal generating means for outputting reception signals of a plurality of antennas having different directivity directions based on signals received by a plurality of antennas having cardioid characteristics having different directivity directions, Based on the received signal from the signal generating means, the amplitude estimating means for calculating the amplitude value of the received signal in each directivity direction, and the DC component calculated based on the amplitude value in each directivity direction from the amplitude estimating means , and offset means for calculating an offset function value to offset the amplitude direction, and two signals a reference signal weighted synthesized orthogonal, so as to minimize the mean square of the difference between the offset function value from the offset means Te, a load calculating means for calculating the respective load of the two orthogonal reference signals, electrostatic the respective ratios of the load calculated by the load calculation means It is obtained by a radio wave direction estimating means for estimating the incident direction of.
また、本発明に係る電波方向探知方法は、受信した信号から生成される複数の指向方向の異なるアンテナの受信信号に基づいて、各指向方向のアンテナの受信信号の振幅値を算出する振幅推定処理ステップと、各指向方向の振幅値に基づいて算出したＤＣ成分により、各指向方向の振幅値をオフセットしてオフセット関数値を算出するオフセット処理ステップと、直交する２つの基準信号を荷重合成した信号と、オフセット関数値との差分の自乗平均を最小化するようにして、直交する２つの基準信号のそれぞれの荷重を計算する荷重計算処理ステップと、それぞれの荷重の比からアンテナに入射する電波の入射方向を推定する電波方向推定処理ステップとを備えたものである。
Also, the radio wave direction detecting method according to the present invention is an amplitude estimation process for calculating the amplitude value of the received signal of the antenna in each directional direction based on the received signals of the antennas having different directional directions generated from the received signal. An offset processing step for calculating an offset function value by offsetting the amplitude value in each directivity direction using a DC component calculated based on the step and the amplitude value in each directivity direction, and a signal obtained by weight-combining two orthogonal reference signals And a load calculation processing step for calculating the respective loads of two orthogonal reference signals so as to minimize the root mean square of the difference between the offset function value and the ratio of the respective loads to the radio wave incident on the antenna A radio wave direction estimation processing step for estimating an incident direction.
本発明によれば、複数の指向方向の異なるアンテナの受信信号の平均処理を行って得られた振幅値に基づいてオフセット関数値を算出し、オフセット関数値と基準信号との誤差の自乗平均が最小化する荷重から電波方向を推定することにより、複数の指向方向の異なるアンテナの受信信号に基づいて、簡単かつ精度よく到来電波の入射方向を推定することができる電波方向探知装置および電波方向探知方法を得ることができる。 According to the present invention, the offset function value is calculated based on the amplitude value obtained by averaging the received signals of a plurality of antennas having different directivity directions, and the mean square of the error between the offset function value and the reference signal is calculated. By estimating the radio wave direction from the load to be minimized, it is possible to easily and accurately estimate the incident direction of the incoming radio wave based on the reception signals of the antennas having different directivity directions, and the radio wave direction detection device and the radio wave direction detection You can get the method.
以下、本発明の電波方向探知装置および電波方向探知方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a radio wave direction detecting device and a radio wave direction detecting method of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電波方向探知装置の構成図である。図１において、アンテナ１は、カージオイド特性を有する４つのカージオイドアンテナで構成され、それぞれナルを有しており、これらのナルの方向は、各々９０度ずつずれている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a radio wave direction detecting device according to
受信信号生成手段１０は、指向方向の異なるカージオイド特性を有する４つのアンテナ１で受信した電波に基づいて、複数の指向方向の異なるアンテナの受信信号を出力する。本実施の形態１の受信信号生成手段１０は、切替器１１と受信器１２とで構成される。切替器１１は、４つのカージオイドアンテナとの接続を切り替える切替器である。受信器１２は、切替器１１によって接続されるカージオイドアンテナからの信号を受信して、受信信号を出力する。
The reception signal generating means 10 outputs a plurality of reception signals of antennas having different directivity directions based on radio waves received by the four
Ａ／Ｄ変換器２１は、受信器１２からの受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。振幅推定手段２２は、ディジタル信号に変換された受信信号の振幅値を推定する。オフセット手段２３は、振幅推定手段２２からの振幅値が正弦波上に乗るようにオフセットすることにより、オフセット関数値を算出する。
The A /
荷重計算手段２４は、オフセット手段２３からのオフセット関数値と、ｓｉｎ波とｃｏｓ波からなる２つの基準正弦波形信号との差分を最小化する荷重を算出する。さらに、電波方向推定手段２５は、荷重計算手段２４により算出された荷重から電波の到来方向を推定する。
The
次に、電波の到来方向の算出手順について詳細に説明する。
座標系および到来電波の入射方向θを図１に示すように定めるとき、各カージオイドアンテナ＃１〜＃４の入射方向θに対するアンテナパターンは、それぞれ次式（１）〜（４）のようになる。
Next, a procedure for calculating the arrival direction of radio waves will be described in detail.
When the coordinate system and the incident direction θ of the incoming radio wave are determined as shown in FIG. 1, the antenna patterns with respect to the incident direction θ of the
これらは、アンテナ番号をｍ（ｍ＝１〜４の整数）とすると、次式（５）のようにまとめて表現できる。 These can be expressed collectively as the following equation (5), where m is an antenna number (m is an integer of 1 to 4).
受信器１２は、切替器１１が切り替わることにより、アンテナ＃１〜＃４からの信号を順次受信できる。受信器１２で受信されたそれぞれのアンテナに対応する受信信号は、Ａ／Ｄ変換器２１によりディジタル信号に変換される。このときの受信信号ｘｍ（ｔ）は、次式で与えられる。
The
ここに、ｓ（ｔ）は、入射信号波形、ｎｍ（ｔ）は、アンテナ＃ｍに接続された場合の受信器雑音である。また、ｔは、時間を表す因子であり、ディジタル化された各サンプリング時刻に相当する。 Here, s (t) is the incident signal waveform, and n m (t) is the receiver noise when connected to the antenna #m. Further, t is a factor representing time and corresponds to each digitized sampling time.
次に、振幅推定手段２２において、受信信号ｘｍ（ｔ）の振幅値を推定する。振幅値の推定は、まずｘｍ（ｔ）の自乗平均から電力Ｐｍを計算し、この平方根から振幅値Ａｍを求める。ここで、簡単のため雑音を無視すると、振幅値Ａｍは、入射信号波形である信号ｓ（ｔ）の電力をＰＳとすると、次式（７）で示すように、アンテナ番号ｍに応じた電力値Ｐｍの平方根として与えられる。 Next, the amplitude estimation means 22 estimates the amplitude value of the received signal x m (t). Estimation of amplitude values, calculates the power P m from the square average of x m (t) First, the amplitude value A m from the square root. Here, ignoring noise for simplicity, the amplitude A m, when the power of the incident signal waveform signal s (t) and P S, as shown by the following equation (7), according to the antenna number m It was given as the square root of the power value P m.
振幅推定手段２２は、振幅検波などを用いて振幅値Ａｍを求めてもよい。また、受信信号が複素数で与えられる場合には、次式（８）に示すように、絶対値｜ｘｍ（ｔ）｜として求めてもよい。この場合、式（８）に示すように、雑音の影響を抑圧するために、振幅推定手段２２は、時間平均処理を行って振幅値Ａｍを求める。ここで、Ｎは、平均サンプル数である。
Amplitude estimation means 22 may determine the amplitude A m by using a amplitude detection. When the received signal is given as a complex number, it may be obtained as an absolute value | x m (t) | as shown in the following equation (8). In this case, as shown in equation (8), in order to suppress the effects of noise, the
次に、オフセット手段２３は、振幅推定手段２２から出力されるアンテナ番号ｍに応じた振幅値Ａｍをオフセットすることにより、正弦波として規定されるオフセット関数値を抽出する。具体的には、オフセット手段２３は、式(７)のｍの関数である振幅値Ａｍに対して、電力Ｐｓの平方根である√ＰＳだけオフセットすることで、次式（９）に示すように、入射方向θに応じたオフセット関数値Ｂｍを得る。
Next, the offset means 23, by offsetting the amplitude values A m in accordance with the antenna number m, which is outputted from the
ここで、√ＰＳは、Ａｍのｍに関する平均値から求めることができる。なお、式（９）におけるｍは、２回転目以降で得られる値を考慮して、式(１０)のように、回転数ｎｒ（ｎｒは、１以上の整数）とアンテナナンバーｍａ（ｍａは、１〜４の整数）によって計算される値に置き換えることにする。すなわち、アンテナ＃１〜＃４の１回転目におけるオフセット関数値Ｂｍは、それぞれＢ１〜Ｂ４として与えられ、例えば２回転におけるオフセット関数値Ｂｍは、それぞれＢ５〜Ｂ８として与えられる。
Here, √p S can be determined from the average values for m of A m. Note that m in the equation (9) takes into account the value obtained in the second and subsequent rotations, and the rotation number n r (n r is an integer of 1 or more) and the antenna number m a as in the equation (10). (m a is an integer of 1 to 4) to be replaced by a value calculated by. That is, the offset function value B m in the first revolution of the
このオフセット関数値Ｂｍは、オフセット量がＤＣ成分であるため、ｍに関する関数である振幅値Ａｍの０周波数成分をカットするようなフィルタを通すことによっても、上述のようなオフセット処理を実現することができる。また、このような０周波数をカットする方法として、例えば、ｍに関する関数である振幅値Ａｍをフーリエ変換し、０周波数に対応する成分を０とした関数を逆フーリエ変換することによっても、上述のようなオフセット処理を実現することができる。 Since the offset function value B m is a DC component, the offset processing as described above is realized by passing a filter that cuts the zero frequency component of the amplitude value A m that is a function of m. can do. In addition, as a method of cutting such a zero frequency, for example, the amplitude value Am that is a function relating to m is Fourier-transformed, and a function in which a component corresponding to the zero frequency is zero is also subjected to inverse Fourier transform. Such an offset process can be realized.
式(９)から、ｍの関数であるオフセット関数値Ｂｍは、正弦波を４点でサンプルした関数であることが分かる。また、基準正弦波ｓｉｎφｍとの位相差を検出すれば、電波の到来角θを知ることができる。 From equation (9), it can be seen that the offset function value B m which is a function of m is a function obtained by sampling a sine wave at four points. Further, by detecting the phase difference between the reference sine wave sin [phi m, it is possible to know the angle of arrival of radio waves theta.
荷重計算手段２４は、次式（１１）〜（１３）に示すように、２つの直交する基準正弦波形ｅ１ｍ、ｅ２ｍを基準信号として荷重合成した信号と、オフセット関数値Ｂｍとの差から与えられる誤差関数Ｅｍを、ｍに関する自乗平均が最小化するようにして荷重ｗ１、ｗ２を決定する。このように、誤差関数Ｅｍの自乗平均を最小化することで、オフセット関数値Ｂｍに含まれる位相θを推定することができる。この移相θの推定は、以下に説明する相関演算処理により実現できる。
As shown in the following equations (11) to (13), the
誤差関数Ｅｍのｍに関する自乗平均値が最小化する荷重ｗ１、ｗ２は、公知の技術より次式（１４）〜（１６）で与えられる。式(１４)において、Ｒは、式(１５)で与えられる相関行列であり、Ｐは、式(１６)で与えられる相互相関ベクトルである。 Loads w 1 and w 2 at which the mean square value of m of the error function E m is minimized are given by the following equations (14) to (16) from a known technique. In Expression (14), R is a correlation matrix given by Expression (15), and P is a cross-correlation vector given by Expression (16).
ここで、Ｅ［］は、ｍに関する平均を示すものである。式(１４)では、３つの関数ｅ１ｍ、ｅ２ｍ、Ｂｍから荷重を算出できるので、式(１３)の誤差関数Ｅｍを算出する必要はない。また、関数ｅ１ｍ、ｅ２ｍは、既知の関数なので、式(１５)の相関行列とその逆行列はあらかじめ算出しておくことが可能である。式(１５)の関数ｅ１ｍ、ｅ２ｍに、式(１１)と式(１２)を代入すると、相関行列は、単位行列の１／２倍となる。 Here, E [] indicates an average for m. In Equation (14), three functions e 1 m, e 2m, it is possible to calculate the load from B m, it is not necessary to calculate the error function E m of formula (13). In addition, since the functions e 1m and e 2m are known functions, the correlation matrix and the inverse matrix thereof in Equation (15) can be calculated in advance. When the expressions (11) and (12) are substituted into the functions e 1m and e 2m of the expression (15), the correlation matrix becomes 1/2 times the unit matrix.
したがって、この逆行列は、次式（１７）に示すように、非常に簡単な形になる。この結果、式(１４)は、式(１８)のようになり、相互相関ベクトルＰの２倍を荷重とすればよい。なお、荷重計算手段２４は、式（１７）で示される相関行列Ｒの逆行列の値をあらかじめ計算しておき、図１には図示していない記憶部に格納しておくことも可能である。 Therefore, this inverse matrix takes a very simple form as shown in the following equation (17). As a result, the equation (14) becomes the equation (18), and the load may be twice the cross-correlation vector P. Note that the load calculation means 24 can calculate in advance the value of the inverse matrix of the correlation matrix R represented by the equation (17) and store it in a storage unit not shown in FIG. .
電波方向推定手段２５は、荷重計算手段２４で求めた荷重ｗ１、ｗ２を用いて入射角度θを推定する。オフセット関数値Ｂｍは、式(９)から下式(１９)に示すように変形できるので、式(１３)を最小化する荷重ｗ１、ｗ２は、式(２０)と式（２１）で与えられる。 The radio wave direction estimating means 25 estimates the incident angle θ using the loads w 1 and w 2 obtained by the load calculating means 24. Since the offset function value B m can be transformed from the equation (9) as shown in the following equation (19), the loads w 1 and w 2 that minimize the equation (13) are the equations (20) and (21). Given in.
そして、このような式(２０)と式（２１）で求められた荷重ｗ１、ｗ２から、電波の入射方向θは、下式（２２）のように求められることとなる。 Then, from the loads w 1 and w 2 obtained by the equations (20) and (21), the incident direction θ of the radio wave is obtained by the following equation (22).
実施の形態１によれば、複数の指向方向の異なるアンテナの受信信号の平均処理を行うことで、Ｓ／Ｎが低い場合にも雑音の影響を除去して高精度な方向探知ができる。さらに、カージオイドアンテナを切り替えて得られる信号と基準信号との誤差が最小化する荷重を最小自乗法により求め、求められた荷重値から方位を算出するので、従来の電波方向探知装置のように方位評価関数を必要とせず、簡単な電波方向探知が可能となる。 According to the first embodiment, by averaging the received signals of a plurality of antennas having different directivity directions, the influence of noise can be removed and highly accurate direction detection can be performed even when the S / N is low. Furthermore, the load that minimizes the error between the signal obtained by switching the cardioid antenna and the reference signal is obtained by the method of least squares, and the azimuth is calculated from the obtained load value. A simple radio wave direction detection is possible without requiring an azimuth evaluation function.
さらに、最小自乗法による推定は、所望とする正弦波成分だけを抽出することを意味するので、他の雑音成分を抑圧することができ、より高精度な電波方向探知を行うことができる。また、周波数依存性の低いカージオイドアンテナの指向特性を利用するので、入射波の周波数に依存せず広帯域な方向探知ができる。 Furthermore, since estimation by the least square method means that only a desired sine wave component is extracted, other noise components can be suppressed, and radio wave direction detection with higher accuracy can be performed. In addition, since the directivity characteristics of the cardioid antenna having low frequency dependency are used, wideband direction detection can be performed without depending on the frequency of the incident wave.
なお、本実施の形態１では、指向特性の方向が９０度だけ異なる４つのカージオイドアンテナを用いる場合について説明したが、指向方向が等角度だけことなるカージオイドアンテナを複数用意して、これらを切り替えて用いてもよい。例えば、４５度だけ異なる８つのカージオイドアンテナを用いて切り替えてもよい。多くのアンテナを用いるほど、ｍに関して多くのサンプル点を得ることができるので、それだけ高精度な方向探知が可能となる。
In addition, in this
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２における電波方向探知装置の構成図である。アンテナ１は、指向方向が９０度だけ異なる２つのカージオイドアンテナで構成される。また、オムニアンテナ２は、指向性のないアンテナである。さらに、実施の形態２における受信信号生成手段１０は、減算手段１３、重み生成手段１４、乗算器１５、合成手段１６、受信器１２を備えている。
FIG. 2 is a configuration diagram of a radio wave direction detecting apparatus according to
本実施の形態２は、実施の形態１のように複数の指向方向の異なるカージオイドアンテナを切り替える代わりに、電気的にカージオイド特性の指向方向を回転させるものである。図２におけるアンテナ＃１と＃２のアンテナパターンＧ１、Ｇ２は、次式（２３）、（２４）のようになる。また、オムニアンテナ２のアンテナパターンＧ０は、次式(２５)で与えられる。
In the second embodiment, instead of switching a plurality of cardioid antennas having different directivity directions as in the first embodiment, the directivity direction of the cardioid characteristic is electrically rotated.
次に、アンテナパターンＧ１の指向特性を角度φｍだけ電気的に時計周りに回転させる方法を示す。このようなアンテナパターンＧｍは、次式（２６）で与えられる。 Next, a method of rotating the directivity of the antenna pattern G 1 to electrically clockwise by an angle phi m. Such an antenna pattern Gm is given by the following equation (26).
式(２６)を、式(２３)〜(２５)を用いて表現すると、次式（２７）となる。 When Expression (26) is expressed using Expressions (23) to (25), the following Expression (27) is obtained.
図２における受信信号生成手段１０は、式(２７)の計算を実現するように構成したものである。まず、２つの減算手段１３は、アンテナパターンの差分として、それぞれ、（Ｇ１−Ｇ０）と（Ｇ２−Ｇ０）を算出する。一方、重み生成手段１４は、回転させる角度φｍに応じて、ｃｏｓφｍおよびｓｉｎφｍを生成する。 The reception signal generation means 10 in FIG. 2 is configured to realize the calculation of Expression (27). First, the two subtracting means 13 calculate (G 1 −G 0 ) and (G 2 −G 0 ) as antenna pattern differences, respectively. Meanwhile, weight generating means 14 according to the angle phi m rotating, generates a cos [phi m and sin [phi m.
さらに、２つの乗算器１５は、減算手段１３の出力と重み生成手段１４の出力とを、上式（２７）を満たすように、それぞれ乗算する。最後に、合成手段１６は、２つの乗算器１５の出力とオムニアンテナ２の出力とを合成する。これらの一連の処理により、式（２７）のアンテナパターンＧｍに相当する値が求まることとなる。
Further, the two
この合成手段１６の出力は、アンテナパターンＧ１の指向特性を角度φｍだけ時計周りに回転させたアンテナで受信した信号と等価なものとなり、この等価な信号を利用して実施の形態１と同様な処理を施すことにより、電波方向探知を行うことができる。 The output of the combining means 16, the directivity of the antenna pattern G 1 angle phi m becomes equivalent to a only signals received by the antenna is rotated clockwise, as in the first embodiment by using this equivalent signal By performing similar processing, radio wave direction detection can be performed.
すなわち、受信器１２は、合成手段１６から出力される異なる指向特性を有する信号を受信できる。そして、これらの受信信号のそれぞれをＡ／Ｄ変換器２１によりディジタル信号に変換し、振幅推定手段２２にて平均処理による振幅推定を行い、オフセット手段２３によりオフセット関数値Ｂｍを抽出する。さらに、荷重計算手段２４により、角度φｍに応じた基準信号ｃｏｓφｍおよびｓｉｎφｍとオフセット手段２３の出力であるオフセット関数値Ｂｍとに基づいて荷重値を算出し、電波方向推定手段２５において、荷重値から電波方向を推定することでできる。
That is, the
実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加え、電気的にカージオイド特性の指向方向を回転させることにより、少ないアンテナ数で、多くの角度φｍに指向性を持つアンテナの受信信号を利用でき、より高精度な電波方向推定を行うことができる。さらに、アンテナ数が少ないので、製造コストの低い電波方向探知装置を得ることができる。 According to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the reception of antennas having directivity at many angles φ m with a small number of antennas by electrically rotating the directivity direction of the cardioid characteristic. Signals can be used, and more accurate radio wave direction estimation can be performed. Furthermore, since the number of antennas is small, it is possible to obtain a radio wave direction detecting device with a low manufacturing cost.
実施の形態３．
本実施の形態３の電波方向探知装置は、実施の形態２が電気的にカージオイド指向性を回転させたのに対し、受信信号生成手段１０が１つのカージオイドアンテナを機械的に回転させる回転手段を備え、カージオイド指向性を有するアンテナ１を機械的に回転させることにより、複数の指向方向の異なる受信信号を得るものである。この場合にも実施の形態１と同様の処理を施すことにより、電波方向探知を行うことができる。
In the radio wave direction detecting device according to the third embodiment, the received signal generating means 10 mechanically rotates one cardioid antenna while the second embodiment electrically rotates the cardioid directivity. The
実施の形態３によれば、実施の形態１の効果に加え、１つのカージオイドアンテナを機械的に回転させることにより、少ないアンテナ数で、多くの角度φｍに指向性を持つアンテナの受信信号を利用でき、より高精度な電波方向推定を行うことができる。さらに、アンテナ数が少ないので、製造コストの低い電波方向探知装置を得ることができる。 According to the third embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, a single cardioid antenna is mechanically rotated, so that a received signal of an antenna having directivity at many angles φ m with a small number of antennas. Can be used for more accurate radio wave direction estimation. Furthermore, since the number of antennas is small, it is possible to obtain a radio wave direction detecting device with a low manufacturing cost.
なお、上述の実施の形態１〜３においては、Ａ／Ｄ変換器を用いたディジタル処理により電波方向探知を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。Ａ／Ｄ変換器を用いずにアナログ信号に対して、振幅推定、オフセット関数値の算出、荷重計算、および電波方向推定の各処理を施すことによっても、同様の効果を得ることが可能である。 In the first to third embodiments, the case where the radio wave direction detection is performed by digital processing using an A / D converter has been described. However, the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained by performing amplitude estimation, offset function value calculation, load calculation, and radio wave direction estimation on an analog signal without using an A / D converter. .
１ アンテナ、２ オムニアンテナ、１０ 受信信号生成手段、１１ 切替器、１２ 受信器、１３ 減算手段、１４ 重み生成手段、１５ 乗算器、１６ 合成手段、２１ Ａ／Ｄ変換器、２２ 振幅推定手段、２３ オフセット手段、２４ 荷重計算手段、２５ 電波方向推定手段。 1 antenna, 2 omni-antenna, 10 received signal generating means, 11 switch, 12 receiver, 13 subtracting means, 14 weight generating means, 15 multiplier, 16 combining means, 21 A / D converter, 22 amplitude estimating means, 23 Offset means, 24 Load calculation means, 25 Radio wave direction estimation means.
Claims (14)
前記受信信号生成手段からの前記受信信号に基づいて、各指向方向における前記受信信号の振幅値を算出する振幅推定手段と、
前記振幅推定手段からの各指向方向の前記振幅値に基づいて算出したＤＣ成分により、各指向方向の前記振幅値をオフセットしてオフセット関数値を算出するオフセット手段と、
直交する２つの基準信号を荷重合成した信号と、前記オフセット手段からの前記オフセット関数値との差分の自乗平均を最小化するようにして、前記直交する２つの基準信号のそれぞれの荷重を計算する荷重計算手段と、
前記荷重計算手段で計算された前記それぞれの荷重の比からアンテナに入射する電波の入射方向を推定する電波方向推定手段と
を備えたことを特徴とする電波方向探知装置。 Based on signals received by a plurality of antennas having cardioid characteristics of different directivity directions, a reception signal generating means for outputting reception signals of a plurality of antennas having different directivity directions;
Amplitude estimating means for calculating an amplitude value of the received signal in each directional direction based on the received signal from the received signal generating means;
Offset means for calculating an offset function value by offsetting the amplitude value in each directivity direction by a DC component calculated based on the amplitude value in each directivity direction from the amplitude estimation means;
And two signals a reference signal weighted synthesized orthogonal, so as to minimize the mean square of the difference between the offset function value from the offset means, to calculate the respective load of the two reference signals for the quadrature Load calculation means;
A radio wave direction detecting device, comprising: a radio wave direction estimating unit that estimates an incident direction of a radio wave incident on an antenna from a ratio of the respective loads calculated by the load calculating unit.
前記受信信号生成手段からの前記受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器をさらに備え、
前記振幅推定手段は、前記Ａ／Ｄ変換器からの前記ディジタル信号に基づいて、各指向方向における受信信号の振幅値を算出する
ことを特徴とする電波方向探知装置。 The radio wave direction detecting device according to claim 1,
An A / D converter for converting the received signal from the received signal generating means into a digital signal;
The amplitude estimation means calculates an amplitude value of a received signal in each directivity direction based on the digital signal from the A / D converter.
前記受信信号生成手段は、
前記複数のアンテナとの接続を切り替えることにより、前記複数のアンテナで受信した信号のいずれかを出力する切替器と、
前記切替器の接続に応じて、複数の指向方向の異なるアンテナの受信信号を出力する受信器と
を備えたことを特徴とする電波方向探知装置。 In the radio wave direction detecting device according to claim 1 or 2,
The reception signal generating means includes
A switch that outputs one of the signals received by the plurality of antennas by switching connection with the plurality of antennas;
In response to said switching exchange device connection, radio direction finding apparatus characterized by comprising a receiver for outputting a reception signal of a plurality of directional directions different antennas.
前記受信信号生成手段は、指向方向が９０度ずつ異なる４つのアンテナから電波を受信することを特徴とする電波方向探知装置。 In the radio wave direction detecting device according to any one of claims 1 to 3,
The radio wave direction detecting device according to claim 1, wherein the reception signal generating means receives radio waves from four antennas having different directivity directions by 90 degrees.
前記受信信号生成手段は、指向方向の異なるカージオイド特性を有しナル方向が９０度だけ異なる２つのアンテナで受信した信号とともに、指向性を有しないオムニアンテナで受信した信号に基づいて、複数の指向方向の異なるアンテナの受信信号を出力する
ことを特徴とする電波方向探知装置。 In the radio wave direction detecting device according to claim 1 or 2,
The received signal generating means includes a plurality of signals received by an omni antenna having no directivity, together with signals received by two antennas having cardioid characteristics with different directivity directions and different null directions by 90 degrees. A radio wave direction detection device that outputs reception signals of antennas having different directivity directions.
前記受信信号生成手段は、
前記２つのアンテナで受信された信号のそれぞれから前記オムニアンテナで受信された信号を減算した減算信号を生成する減算手段と、
指向方向に応じた重みを生成する重み生成手段と、
前記重み生成手段からの前記重みと、前記減算手段からの前記減算信号とをそれぞれ乗算した乗算信号を生成する乗算器と、
前記乗算器からの前記乗算信号と、前記オムニアンテナの前記信号とを合成する合成手段と、
前記合成手段からの信号に応じて、複数の指向方向の異なるアンテナの受信信号を出力する受信器と
を備えたことを特徴とする電波方向探知装置。 The radio wave direction detecting device according to claim 5,
The reception signal generating means includes
Subtracting means for generating a subtracted signal obtained by subtracting the signal received by the omni antenna from each of the signals received by the two antennas;
Weight generation means for generating a weight according to the pointing direction;
A multiplier for generating a multiplication signal obtained by multiplying the weight from the weight generation means by the subtraction signal from the subtraction means;
Combining means for combining the multiplied signal from the multiplier and the signal of the omni antenna;
A radio wave direction detecting device comprising: a receiver that outputs received signals of a plurality of antennas having different directivity directions in accordance with signals from the combining means.
前記受信信号生成手段からの前記受信信号に基づいて、各指向方向における前記受信信号の振幅値を算出する振幅推定手段と、
前記振幅推定手段からの各指向方向の前記振幅値に基づいて算出したＤＣ成分により、各指向方向の前記振幅値をオフセットしてオフセット関数値を算出するオフセット手段と、
直交する２つの基準信号を荷重合成した信号と、前記オフセット手段からの前記オフセット関数値との差分の自乗平均を最小化するようにして、前記直交する２つの基準信号のそれぞれの荷重を計算する荷重計算手段と、
前記荷重計算手段で計算された前記それぞれの荷重の比から前記１つのアンテナに入射する電波の入射方向を推定する電波方向推定手段と
を備えたことを特徴とする電波方向探知装置。 A reception signal generating unit that has a rotation unit that mechanically rotates one antenna having cardioid characteristics, and outputs reception signals of a plurality of antennas having different directivity directions based on a signal received by the one antenna ; ,
Amplitude estimating means for calculating an amplitude value of the received signal in each directional direction based on the received signal from the received signal generating means;
Offset means for calculating an offset function value by offsetting the amplitude value in each directivity direction by a DC component calculated based on the amplitude value in each directivity direction from the amplitude estimation means;
And two signals a reference signal weighted synthesized orthogonal, so as to minimize the mean square of the difference between the offset function value from the offset means, to calculate the respective load of the two reference signals for the quadrature Load calculation means;
A radio wave direction detecting device comprising : a radio wave direction estimating unit that estimates an incident direction of a radio wave incident on the one antenna from a ratio of the respective loads calculated by the load calculating unit.
前記振幅推定手段は、前記受信信号または前記ディジタル信号の電力を求め、前記電力の平方根を前記振幅値として算出することを特徴とする電波方向探知装置。 The radio wave direction detecting device according to any one of claims 1 to 7,
The radio wave direction detecting device, wherein the amplitude estimating means calculates power of the received signal or the digital signal and calculates a square root of the power as the amplitude value.
前記振幅推定手段は、前記受信信号または前記ディジタル信号の絶対値を求め、前記絶対値の平均値を前記振幅値として算出することを特徴とする電波方向探知装置。 The radio wave direction detecting device according to any one of claims 1 to 7,
The radio wave direction detecting device, wherein the amplitude estimating means calculates an absolute value of the received signal or the digital signal and calculates an average value of the absolute values as the amplitude value.
前記オフセット手段は、各指向方向における振幅値の平均値を求め、各指向方向の振幅値から前記平均値を減算することにより各指向方向の前記振幅値をオフセットすることを特徴とする電波方向探知装置。 The radio wave direction detecting device according to any one of claims 1 to 9,
The offset means obtains an average value of amplitude values in each directivity direction, and subtracts the average value from the amplitude value in each directivity direction to offset the amplitude value in each directivity direction. apparatus.
前記オフセット手段は、各指向方向における振幅値の０周波数成分を抑圧することにより各指向方向の前記振幅値をオフセットすることを特徴とする電波方向探知装置。 The radio wave direction detecting device according to any one of claims 1 to 9,
The radio wave direction detecting device, wherein the offset means offsets the amplitude value in each directivity direction by suppressing a zero frequency component of the amplitude value in each directivity direction.
前記荷重計算手段は、基準信号に基づく相関行列を算出し、前記基準信号と前記オフセット手段からの前記オフセット関数値とに基づいて相互相関ベクトルを算出し、前記相関行列の逆行列と前記相互相関ベクトルとの積から前記荷重を算出することを特徴とする電波方向探知装置。 The radio wave direction detecting device according to any one of claims 1 to 11,
The load calculating means calculates a correlation matrix based on a reference signal, calculates a cross correlation vector based on the reference signal and the offset function value from the offset means, and calculates an inverse matrix of the correlation matrix and the cross correlation. A radio wave direction detecting device, wherein the load is calculated from a product with a vector.
前記荷重計算手段は、前記基準信号に基づく前記相関行列の逆行列をあらかじめ格納する記憶部を有し、前記記憶部に格納された前記相関行列の逆行列と前記相互相関ベクトルとの積から前記荷重を算出することを特徴とする電波方向探知装置。 The radio wave direction detecting device according to claim 12,
The load calculation means has a storage unit that stores in advance an inverse matrix of the correlation matrix based on the reference signal, and the product of the inverse matrix of the correlation matrix stored in the storage unit and the cross-correlation vector A radio wave direction detecting device characterized by calculating a load.
各指向方向の前記振幅値に基づいて算出したＤＣ成分により、各指向方向の前記振幅値をオフセットしてオフセット関数値を算出するオフセット処理ステップと、
直交する２つの基準信号を荷重合成した信号と、前記オフセット関数値との差分の自乗平均を最小化するようにして、前記直交する２つの基準信号のそれぞれの荷重を計算する荷重計算処理ステップと、
前記それぞれの荷重の比からアンテナに入射する電波の入射方向を推定する電波方向推定処理ステップと
を備えたことを特徴とする電波方向探知方法。 An amplitude estimation processing step for calculating an amplitude value of the reception signal of the antenna in each directional direction based on the reception signals of the antennas having different directional directions generated from the received signal;
The DC component is calculated based on the amplitude value of each orientation, and offset processing step of calculating an offset function value the amplitude value of each orientation offset,
A load calculation processing step for calculating a load of each of the two orthogonal reference signals so as to minimize a root mean square of a difference between the signal obtained by combining the two orthogonal reference signals and the offset function value; ,
A radio wave direction detecting method comprising: a radio wave direction estimating process step of estimating an incident direction of a radio wave incident on the antenna from the ratio of the respective loads .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005053688A JP4712410B2 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Radio wave direction detecting device and radio wave direction detecting method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005053688A JP4712410B2 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Radio wave direction detecting device and radio wave direction detecting method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006234767A JP2006234767A (en) | 2006-09-07 |
| JP4712410B2 true JP4712410B2 (en) | 2011-06-29 |
Family
ID=37042562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005053688A Expired - Fee Related JP4712410B2 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Radio wave direction detecting device and radio wave direction detecting method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4712410B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016214142A1 (en) * | 2016-08-01 | 2018-02-01 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Method for determining a reception direction of a radio signal |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50156389A (en) * | 1974-06-04 | 1975-12-17 | ||
| JPS58103675A (en) * | 1981-12-15 | 1983-06-20 | Mitsubishi Electric Corp | Detecting device for arrival bearing of detected radio wave |
| JPS62185180A (en) * | 1986-02-12 | 1987-08-13 | Taiyo Musen Kk | Direction finder |
| JPS6336169A (en) * | 1986-07-30 | 1988-02-16 | Koden Electronics Co Ltd | Time-division type direction finder |
| JPH01292275A (en) * | 1988-05-20 | 1989-11-24 | Taiyo Musen Kk | Loop antenna array |
| JP2005070023A (en) * | 2003-08-22 | 2005-03-17 | Taiyo Musen Co Ltd | Method of detecting interference separation directions of radio waves by single receiver |
-
2005
- 2005-02-28 JP JP2005053688A patent/JP4712410B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50156389A (en) * | 1974-06-04 | 1975-12-17 | ||
| JPS58103675A (en) * | 1981-12-15 | 1983-06-20 | Mitsubishi Electric Corp | Detecting device for arrival bearing of detected radio wave |
| JPS62185180A (en) * | 1986-02-12 | 1987-08-13 | Taiyo Musen Kk | Direction finder |
| JPS6336169A (en) * | 1986-07-30 | 1988-02-16 | Koden Electronics Co Ltd | Time-division type direction finder |
| JPH01292275A (en) * | 1988-05-20 | 1989-11-24 | Taiyo Musen Kk | Loop antenna array |
| JP2005070023A (en) * | 2003-08-22 | 2005-03-17 | Taiyo Musen Co Ltd | Method of detecting interference separation directions of radio waves by single receiver |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006234767A (en) | 2006-09-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10228443B2 (en) | Method and system for measuring direction of arrival of wireless signal using circular array displacement | |
| WO2006067857A1 (en) | Arrival direction estimating device and program | |
| JP4794613B2 (en) | Signal wave arrival angle measurement device | |
| JP2988463B2 (en) | Direction finding device and measurement result processing device therefor | |
| Jo et al. | Parametric direction-of-arrival estimation with three recurrence relations of spherical harmonics | |
| JP5022943B2 (en) | Direction measuring device | |
| JP3477132B2 (en) | Arrival azimuth measuring device for incoming wave | |
| KR102183439B1 (en) | Method and apparatus for estimating direction of arrival using combined beamspace music and tma | |
| JP4757629B2 (en) | Arrival direction estimation device | |
| JP2010286403A (en) | Angle measuring system, monopulse angle measuring system, monopulse radar, multistatic radar | |
| JP5553980B2 (en) | Radio wave direction detecting device and beam forming device | |
| JP4712410B2 (en) | Radio wave direction detecting device and radio wave direction detecting method | |
| JP3808431B2 (en) | Direction finding device | |
| JP4982275B2 (en) | Radio wave source visualization apparatus and radio wave source visualization method | |
| JP4712305B2 (en) | Radio wave direction detector | |
| JP2010048637A (en) | Signal arrival direction estimation apparatus | |
| JP4810163B2 (en) | Radio wave direction detector | |
| JP5501578B2 (en) | Radar equipment | |
| ZA200603665B (en) | Methods and device for the radio determination of a number of spectrally overlapping radio stations | |
| RU2321014C2 (en) | Mode of direction finding and multi channel direction finder | |
| JP5063416B2 (en) | Angle measuring device | |
| JP6200082B2 (en) | Radio monitoring device | |
| JP4387211B2 (en) | Direction of arrival and position estimation method | |
| JP2008008781A (en) | Device of detecting the number of incoming waves | |
| JP2011022079A (en) | Angle measuring device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080130 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100728 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100817 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101008 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110322 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110323 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |