JP6369823B2 - 干渉制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、無線信号を送信する無線設備においてその無線信号によって外部に及ぼし得る干渉の緩和または抑制を図る干渉制御装置に関する。
船舶等に搭載されたレーダ装置では、そのレーダ装置によって送信される送信波の周波数、レベルおよび空中線系の指向性等に応じて、他船または陸地等に設置された他の機器に干渉や妨害を及ぼすことの回避を目的として、例えば、空中線系の主ローブの方向が特定の方向である期間に手動による送信の停止を可能に構成されたものがある。
なお、本発明に関連する先行技術としては、以下に列記する特許文献1〜特許文献6がある。
(1) 「用制御電圧を発生する変調信号発生手段(1)と、該制御電圧に応じて周波数変調された高周波信号を発生するFM波発生手段(2)と、該高周波信号を分岐する分岐手段(3)と、該分岐された一方の信号をスイッチングするスイッチング手段(4)と、該スイッチングされた信号を目標物に対して送信する送信アンテナ(5)と、該送信信号に基づく目標物からの反射信号を受信する受信アンテナ(6)と、該受信信号を前記分岐手段(3)の他方の信号によって周波数変換してベースバンド信号を出力する混合手段(7)と、該ベースバンド信号の周波数を同定し、該周波数から観測者と目標物との距離と相対速度を算出する信号処理を行う信号処理手段(8)とを備え、前記スイッチング手段(4)のスイッチングを制御する」ことによって、「記距離と速度とを算出するのに必要な時間のみ送信信号を送出する」点に特徴があるFM−CWレーダ…特許文献1
(2) 「送信信号を発生する送信部と,送信信号を空間に放射するとともに目標からの反射信号を受信信号として受信する空中線部と,前記空中線部で受信された信号から所望の周波数の信号を抽出する受信部と,レーダーの送受信周波数を切替える制御信号を発生する周波数制御部と,レーダーの周波数可変範囲の信号を受信し,妨害信号の有・無と前記妨害信号の周波数を検出する妨害検出部とを有するレーダー装置において,前記妨害信号を発生する妨害側が当該レーダー側の送受信周波数を確認するため前記妨害信号を一時停止したことを検出し,前記妨害信号の発生中と前記妨害信号の停止中でレーダーの送受信周波数を変更する制御を行う送受信周波数変更手段を有する」ことによって、「妨害側にとって有益な情報であるレーダー側の送受信周波数可変範囲,その妨害のレーダーに対する効果の有無を妨害側に知られない」点に特徴があるレーダー装置…特許文献2
(3) 「第1のレーダ装置に設けられ、第2のレーダ装置のアンテナの角度情報を受信するインタフェース手段と、上記第1のレーダ装置に設けられ、その第1のレーダ装置の送受信のタイミングを制御すると共に、その第1のレーダ装置のアンテナの角度情報と上記インタフェース手段から受信された第2のレーダ装置のアンテナの角度情報とに応じて、双方のアンテナが互いにレーダ波の干渉が生じるような角度条件を呈する場合にその第1のレーダ装置の送受信を停止するように制御するタイミング生成手段とを備える」ことによって、「複数のレーダ装置の送信タイミングやアンテナの回転を同期制御することなく、簡単な構成でレーダ波の干渉を除去する」点に特徴がある電波干渉対応型レーダ装置…特許文献3
(4) 「自己のアンテナによりレーダ波を送受信する送受信手段と、他のレーダ装置のアンテナの角度情報を受信するインタフェース手段と、自己のアンテナの角度情報と上記インタフェース手段から受信された上記他のレーダ装置のアンテナの角度情報とに応じて、双方のアンテナが所定の角度条件を呈しているか否かを判定し、その判定に応じて上記送受信手段を送受信または停止させるタイミング生成手段とを備える」ことによって、「複数のレーダ装置の送信タイミングやアンテナの回転を同期制御することなく、簡単な構成でレーダ波の干渉を除去する」点に特徴がある電波干渉対応型レーダ装置…特許文献4
(5) 「他車と通信を行う通信手段と、前記通信手段により受信した他車に搭載されたレーダ装置に関するレーダ装置情報に基づいて電波送信停止条件を満たすとき、目標物を検出するための送信電波の送信を停止させる制御手段とを備える」ことによって、「電波干渉を十分軽減した」点に特徴があるレーダ装置…特許文献5
(6) 「電波を対象物に向けて送信する送信手段と、前記送信手段が送信した電波が前記対象物で反射された反射電波を受信するための受信手段と、自車両運転者が危険を認知したことを判定するための危険認知判定手段と、前記自車両運転者が危険を認知したと前記危険認知判定手段が判定したとき、前記送信手段からの電波の送信を停止する電波送信停止手段とを備える」ことによって、「処理負荷を高めることなく電波干渉を防止する」点に特徴がある車載レーダ装置…特許文献6
特開平6−138217号公報 特開平9−257912号公報 特開2002−156442号公報 特許第3654427号 特開2008−275400号公報 特開2010−008136号公報
ところで、上述した従来例では、送信波によって対外的に生じ得る干渉は、操作者がこまめに送信を停止する操作を行うことによって回避されていた。
しかし、このような操作は、煩雑であって必ずしも確実に行われるとは限らないため、レーダ装置の本来的な運用を妨げる要因となり、その運用そのものの停止が強いられる可能性があった。
また、特に、送信波の先頭電力を低く抑えつつ所望のレンジにおける物標の検知を可能とするパルス圧縮レーダ方式の固体化レーダでは、地上に多数配置されている衛星放送受信機に与える可能性がある干渉の抑圧や緩和が強く要望されつつある。
本発明は、操作性の煩雑化、構成の複雑化、処理量の大幅な増加の何れも伴うことなく、対外的な干渉の軽減や回避を確度高く安定に実現できる干渉制御装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明では、位置方向監視手段は、無線信号が放射される方向を監視する。データベースは、所定の領域を示す位置と、所定の方向を示す方位角と、無線信号のレベルと、占有帯域と、変調方式とが予め格納されている。送信制御手段は、前記無線信号が放射され位置及び方向と、前記データベースから取得した位置及び方向と、が所定の精度で一致するときに、前記無線信号のレベルと占有帯域と変調方式との全てまたは一部を前記データベースに格納されている無線信号のレベル、占有帯域、及び変調方式に基づいて修正し、前記無線信号が放射された方向に位置する装置の受信波に対する干渉を抑える。
すなわち、受信波の受信に供されるアンテナの相対的な位置、距離、方位の何れもが参照されることなく、単純な処理によりその受信波に対する無線信号の干渉が抑えられる。
また、前記方向は、仰角が含まれない。
すなわち、無線信号が放射され得る方向の内、受信波に対する干渉の抑圧や緩和のためにその無線信号のレベル、占有帯域、変調方式の何れかが修正されるべき方向は、仰角を含むことなく特定される。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の干渉制御装置において、前記所定の精度は、前記無線信号の放射に供されるアンテナと、前記受信波の受信に供される空中線系との双方もしくは何れか一方の指向性と、前記無線信号のレベルと、前記装置の感度との全てまたは一部に基づいて設定される。
すなわち、無線信号が放射され得る方向の内、受信波に対する干渉の抑圧や緩和のためにその無線信号のレベル等が修正されるべき方向は、その干渉が実体的に生じる可能性や程度の勘案の下で特定される。
請求項に記載の発明では、請求項1または請求項2の何れか1項に記載の干渉制御装置において、制御手段は、前記装置、または前記装置が位置し得る領域との相対距離が既定の閾値を超えるときに、前記送信制御手段を無効化する。
すなわち、無線信号が放射され得る方向の内、受信波に対する干渉の抑圧や緩和のために行われるその無線信号のレベル等の修正は、受信波を受信する装置との相対距離が閾値を下回る程度に短い場合に限って行われる。
請求項に記載の発明では、請求項1ないし請求項の何れか1項に記載の干渉制御装置において、前記送信制御手段は、操作者の指示に応じて、前記無線信号のレベルと占有帯域と変調方式との全てまたは一部に施す修正の程度を重み付け、または前記修正を見合わせる。
すなわち、、無線信号が放射され得る方向の内、受信波に対する干渉の抑圧や緩和のために行われるその無線信号のレベル等の修正は、操作者の指示に柔軟に適応した形態で図られる。
本発明では、操作性が煩雑化したり構成が複雑化することなく、しかも、処理量が大幅に増加することなく、性能および付加価値が高められる。
また、本発明では、干渉の緩和や抑圧が図られるべき方向に仰角が含まれる場合に比べて、構成の複雑化や処理量の増加が低く抑えられる。
さらに、本発明では、構成の複雑化や処理量の増加の抑制が実体的に精度よく図られる。
また、本発明では、干渉の抑圧や緩和のために無線信号のレベル等が補正されることに起因する性能や機能の低下に歯止めが設定される。
さらに、本発明では、操作者の意図が反映された形態で干渉の抑圧や緩和が実現される。
したがって、本発明によれば、限られた無線周波数の有効な活用の下で、安価に高い信頼性が維持されつつ、多様な機能、性能および仕様を満たす無線装置の実現が可能となる。
本発明の一実施形態を示す図である。 本実施形態において制御部によって行われる処理のフローチャートである。 本実施形態の動作を説明する図である。 本実施形態におけるデータベースの構成を示す図である。 本実施形態において指示部によって出力されるPPIスコープの一例を示す図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す図である。
本実施形態に係るレーダ装置10では、送受信部11のアンテナ端子には空中線系12が接続され、その送受信部11の復調出力は信号処理部13の入力に接続される。信号処理部13の出力は指示部14の入力に接続され、これらの送受信部11、信号処理部13および指示部14がそれぞれ有するポートは、制御部15の対応する入出力ポートに接続される。このような制御部15には、GPS受信部16およびジャイロコンパス17のポートが対応する入出力ポートを介して接続される。さらに、制御部15の特定の入出力ポートまたは通信ポートには、データベース18が接続される。
このような構成のレーダ装置では、各部は、制御部15の配下で以下の通りに連係することにより、所定の水域(地域)や海上に位置し、あるいは移動する船舶等の目標の検出が実現される。
送受信部11は、例えば、反復して行われるスキャンに応じてパルス圧縮レーダ方式の送信波を所定の周期で生成する。空中線系12は、このようなスキャンの下で覆域となる海域(地域,空域,水域)に、このような送信波を照射する。
その覆域に位置する船舶等の目標によって上記送信波が反射することによって発生した反射波は、空中線系12に到来する。
送受信部11は、このようにして空中線系12に到来した反射波を受信して復調することによって上記スキャンに同期した復調信号を生成する。信号処理部13は、その復調信号に、CFAR(Constant
False Alarm Rate)、MTI(Moving Target
Indicator)、追尾等の標準的なレーダ信号処理を施すことによって、上記覆域に位置する船舶等の目標の検出および追尾を行い、さらに、指示部14に備えられた表示装置(図示されない。)の画面に表示されるPPIスコープ等として、これらの検出および追尾の結果を提供する。
GPS受信部16は、制御部15の配下で、レーダ装置10が搭載された船舶(以下、「自船」という。)30の位置を衛星航法に基づいて求める。
ジャイロコンパス17は、制御部15の配下で、自船の船首方向を検出する。
図2は、本実施形態において制御部によって行われる処理のフローチャートである。
図3は、本実施形態の動作を説明する図である。
以下、図1ないし図3を参照して本実施形態の動作を説明する。
本発明の特徴は、本実施形態では、後述するように制御部15が各部と連係して行う処理の手順にある。
制御部15は、目標の検出および追尾に併せて、これらの検出および追尾の結果の指示画面を介する通知を行う処理の過程(以下、「レーダ運用期間」という。)では、以下の処理を所定の頻度で行う。
(1) GPS受信部16と連係することにより、自船の位置Lを衛星航法に基づいて求める(図2ステップS1)。
(2) ジャイロコンパス17と連係することにより、自船の船首方向を示す方位角φを求める(図2ステップS2)。
(3) 送受信部11を介して空中線系12と連係することにより、その空中線系12の主ローブの方向(上記船首方向に対する相対的な方位角として与えられる。)を示すビーム方位角Φを求める(図2ステップS3)。
(4) 送受信部11と連係することにより、既述の送信波にかかわる占有帯域B、変調方式M(伝送路符号化の方式およびその適用の有無が含まれてもよい。)および送信電力P(測位に供されるレンジに適応した値として与えられてもよい。)を取得する(図2ステップS4)。
ところで、データベース18には、図4に示すように、ポインタテーブル18Pと処理テーブル18Sが予め配置される。
ポインタテーブル18Pは、以下の項目が個別に配置されたフィールドの組み合わせからなるレコードの列として構成される。
(1) 自船30が位置し得る水域を所定の精度で示す「位置L」
(2) 空中線系12の主ローブの方向であって、既述の送信波によって干渉を被り得る衛星放送用受信機のアンテナに設定された主ローブの方向に所定の精度で一致する「方位角θ」
(3) 既述の送信波の「送信電力P」
(4) その送信波の生成のために適用された「変調方式M」
(5) その送信波の「占有帯域B」
(6) 後述するように処理テーブル18Sを構成するレコードの内、上記位置L、方位角θ、送信電力P、変調方式Mおよび占有帯域Bの組み合わせに対応したレコードを示すユニークな「ポインタp」
なお、上記位置Lは、その位置Lに位置する自船30と、既述の衛星放送用受信機(が位置する陸地や島)との距離が送信波によって干渉を被り得る程度に短い位置に限定される。
また、ポインタテーブル18Pの各レコードの「方位角θ」フィールドには、放送衛星の仰角の成分が含まれていない。
しかし、本発明はこのような構成に限定されず、例えば、送信波によって干渉を被る可能性がある衛星放送用受信機に備えられた空中線系と、既述の空中線系12との双方または何れか一方について、水平と垂直との双方もくしは何れか一方における指向性の勘案の下で抽出レコードの抽出が行われることによって、送信波の生成の過程で行われる処理の形態がより精度よく選択されてもよい。
処理テーブル18Sは、以下の項目が個別に配置されたフィールドの組み合わせからなるレコードの列として構成される。
(1) アンテナ12から放射される送信波の生成の過程で、その送信波が干渉の原因とならないために行われるべき処理の形態を示す「処理形態Ptype」
(2) その処理形態Ptypeに基づく処理で適用されるべき「パラメータPmtr 」
制御部15は、既述の通りに自船の位置L 、方位角φ 、ビーム方位角Φ 、占有帯域B 、変調方式M 、送信電力P が求められる度に、以下の処理を行う。
(1) 上記方位角φ およびビーム方位角Φ に基づいて、空中線系12の主ローブの方向を示す放射方位角θ (=φ+Φ)を算出する(図2ステップS5)。
(2) ポインタテーブル18Pのレコードの内、「方位角θ」フィールドの値が上記放射方位角θ
に所定の精度で一致する全てのレコード(以下、「抽出レコード」という。)を抽出する(図2ステップS6)。
(3) 何らかの抽出レコードが抽出された場合には、これらの抽出レコードの内、「位置L」、「送信電力P」、「変調方式M」、「占有帯域B」の各フィールドが、上記位置L 、送信電力P 、変調方式M 、占有帯域B の組み合わせに対して相関性が最も高い特定のレコードを識別する(図2ステップS7)。
(3-1) ポインタテーブル18Pの特定のレコードに含まれる「ポインタp」フィールドの値(以下、「ポインタ値」という。)ptrを取得する(図2ステップS8)。
(3-2) 処理テーブル18sのレコードの内、上記ポインタ値ptrで示される特定のレコードを特定する(図2ステップS9)。
(3-2) その特定のレコードから、「処理形態Ptype」フィールドの値(以下、「処理識別子」という。)pidと、「パラメータPmtr 」フィールドの値(以下、「パラメータ」という。)pmとを取得する(図2ステップS10)。
(3-4) このようにして取得されたパラメータpmを適用することにより、処理識別子pidで示される処理を行う(図2ステップS11)。
(4) 一方、上記抽出レコードが全くされなかった場合には、処理テーブル18Sの何れのレコードも参照することなく、通常の処理の下で送信波を生成する(図2ステップS12)。
ここに、上記処理識別子pidで示される処理の態様としては、例えば、以下のものがある。
(1) 送信電力Pの低減
(2) 占有帯域の圧縮(伝送速度の変更)
(3) 変調方式の変更
また、上記パラメータpmの態様としては、例えば、以下のものがある。
(1) 送信電力Pが低減されるべき値(比率)
(2) 適用されるべき占有帯域(伝送速度)の公称値、またはこれらが変更されるべき形態や程度
(3) 適用されるべき変調方式の形態(信号点配置、シンボル長、搬送波周波数を含む)
すなわち、送信波が他の装置やシステムに対する干渉の原因とならないために行われるべき処理は、これらの装置やシステムの位置、地理的分布および方式の何れもが詳細に参照されることなく、簡便に形態が特定され、かつ実行される。
したがって、本実施形態に係るレーダ装置は、操作性が煩雑化したり、構成が複雑化することなく、かつ処理量が大幅に増加することなく、衛星放送等の多数の受信機に対する干渉の軽減や回避が図られ、かつ確度高く安定に維持される。
しかも、このような干渉の軽減は回避は、図3(a)、(b)に示すように、自船が移動している場合であっても、自動的に行われる。
なお、本実施形態では、自船の位置LがGPS衛星から到来する無線信号に基づく衛星航法により求められている。
しかし、このような自船の位置Lは、以下の如何なる航法、あるいはこれらの航法の組み合わせに基づいて求められてもよい。
(1) GPS衛星以外の航行衛星から到来する無線信号に基づく衛星航法
(2) ロランCその他に適合した無線航法
(3) ジャイロコンパス等に基づく自立航法
また、本実施形態では、自船の船首方向を示す方位角φは、ジャイロコンパス17を用いた自立航法の下で求められている。
しかし、このような船首方向を示す方位角φは、如何なる航法の組み合わせにより求められてもよい。
さらに、本実施形態では、データベース18が備えられているが、このようなデータベース18と、そのデータベース18に登録されるべきフィールドまたはレコードとは、何れも、通信路を介してアクセス可能な他のデータベース(以下、「外部データベース」という。)で代替され、あるいは拡張されてもよい。
また、このようにしてデータベース18と外部データベースとが併用される場合には、これらのデータベースの連係は、負荷と機能との双方もしくは何れか一方の分散処理として実現されてもよい。
さらに、本実施形態では、指示部14の指示画面上に「目標の検知の対象外」として表示される領域は、扇型の領域に限定されず、例えば、地理情報、あるいはデータベース18に登録された情報に基づいて、送信波の伝搬路の途中に盆地等の不感領域が介在することが識別される場合には、その不感領域より遠い地域や海域(水域)にある弧状の領域に設定されてもよい。
また、本発明は、空中線系12の主ローブの方向が変更されてスイープが行われる場合に限定されず、このような主ローブの方向が変化せず、あるいは一定である場合であっても、同様に適用可能である。
さらに、本実施形態では、衛星放送用受信機が既述の送信波によって干渉を被る可能性がある場合に、その送信波の電力等に既述の変更が施されている。
しかし、このような変更は、近レンジにおける目標の検知が実現される限度内であれば、例えば、以下の何れであってもよい。
(1) 送信波のパルス幅を狭める。
(2) 送信波が反復して送信される周期を長く設定する。
(3) 遠レンジ用の長いパルス幅の送信波に限定して送信を規制し、近レンジ用の短いパルス幅の送信波の送信を許容する。
(4) 送信波の周波数、占有帯域、占有帯域幅の全てまたは一部を変更する。
(5) 送信波の生成に適用される変調方式(スペクトラム拡散処理の形態を含む。)を(干渉が生じ難い方向で)変更する。
(6) 空中線系12の主ローブ(および副ローブ)の方向(水平方向と垂直方向との双方もしくは何れか一方)を変更する。
(7) 空中線系12の主ローブ(および副ローブ)の幅(水平方向と垂直方向との双方もしくは何れか一方)を狭める。
また、本実施形態では、ポインタテーブル18P、処理テーブル18Sの何れのレコードも、本発明の目的が所望の確度や精度で達成されるならば、如何なる項目のフィールドが組み合わせられて構成されてもよい。
さらに、処理テーブル18のパラメータP_mtrには、例えば、次のような項目が含まれてもよい。
(1)
レーダ信号等として収集された地形、地物の分布等の地理的特徴
(2)
その特徴に基づいて得られた水域や地域の情報
(3)
他船からAISを介して通知された情報(MMSI番号を含む)、または(および)その情報に施された所定の処理の結果
また、上記項目(1)〜(3)は、何れも、所定の頻度や周期で適宜更新されてもよい。
さらに、本発明は、船舶に搭載されるレーダ装置に限定されず、用途、設置されるサイトや移動体の如何にかかわらず一次レーダと二次レーダとの何れにも適用可能である。
また、本発明によって干渉が抑圧され、あるいは緩和される装置は、既述の衛星放送用受信機に限定されず、以下に列記する何れの装置であってもよい。
(1) 受信すべき無線信号の送信源が、その無線信号の伝搬路に沿って、本実施形態に係るレーダ装置の方が近い装置
(2) 内部において、既述の送信波もしくはその送信波の高調波やスプリアス成分が分布する帯域で信号の生成や引き渡しが行われる装置
(3) 到来した送信波に起因する干渉が混変調、相互変調、感度抑圧等の何れかの形態で被る可能性がある装置
さらに、本発明には、PPI(Plan Position
Indicator)スコープ以外の多様な指示方式が適用されてもよい。
また、本発明は、レーダ装置に限定されず、対外的な干渉の要因となり得る無線信号を送信する通信装置、伝送装置、航法装置その他の多様な無線機器に適用可能である。
さらに、本発明は、衛星放送用受信機に対する干渉の回避や緩和に限定されず、例えば、周回軌道、または既知の軌道の上を移動する送信源の方向に所定の精度で追従し、その送信源から到来する無線信号を受信する無線装置が被る干渉の緩和や軽減にも、同様に適用可能である。
さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。
10 レーダ装置
11 送受信部
12 空中線系
13 信号処理部
14 指示部
15 制御部
16 GPS受信部
17 ジャイロコンパス
18 データベース
18P ポインタテーブル
18S 処理テーブル
30 船舶(自船)

Claims (4)

  1. 無線信号が放射される位置及び方向を監視する位置方向監視手段と、
    所定の領域を示す位置と、所定の方向を示す方位角と、無線信号のレベルと、占有帯域と、変調方式とが予め格納されているデータベースと、
    前記無線信号が放射され位置及び方向と、前記データベースから取得した位置及び方向と、が所定の精度で一致するときに、前記無線信号のレベルと占有帯域と変調方式との全てまたは一部を前記データベースに格納されている無線信号のレベル、占有帯域、及び変調方式に基づいて修正し、前記無線信号が放射された方向に位置する装置の受信波に対する干渉を抑える送信制御手段と
    を備えたことを特徴とする干渉制御装置。
  2. 請求項1に記載の干渉制御装置において、
    前記所定の精度は、
    前記無線信号の放射に供されるアンテナと、前記受信波の受信に供される空中線系との双方もしくは何れか一方の指向性と、前記無線信号のレベルと、前記装置の感度と、前記装置との相対位置との全てまたは一部に基づいて設定された
    ことを特徴とする干渉制御装置。
  3. 請求項1または請求項2の何れか1項に記載の干渉制御装置において、
    前記装置、または前記装置が位置し得る領域との相対距離が既定の閾値を超えるときに、前記送信制御手段を無効化する制御手段を備えた
    ことを特徴とする干渉制御装置。
  4. 請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の干渉制御装置において、
    前記送信制御手段は、
    操作者の指示に応じて、前記無線信号のレベルと占有帯域と変調方式との全てまたは一部に施す修正の程度を重み付け、または前記修正を見合わせる
    ことを特徴とする干渉制御装置。
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