JP4712410B2 - Radio wave direction detecting device and radio wave direction detecting method - Google Patents
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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 .
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