JPS6093363A - 無線方位測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 争−の指向性Ｃ以下、小指向性という）または複数の指
向性（以ト、複指向性という）のアンテナを回転して得
られる出力と方位測定信号として、電波の到来方位を測
定する無線方位測定いわゆる方向探知方法に関する。

〔背景技術〕

上記の方位測定方法としては、対数周期アンテナの回転
系、またはループ・アンテナもしくはアトコック・アン
テナの回転系（ゴニオメータによる場合を含む）とセン
ス・アンテナとの合成系など、を用いた小指向性のアン
テナ回転出力によるもの、あるいは後者の回転系のみに
より複指向性のアンテナ回転出力を得て測定後、同後者
の合成系による中指向性の回転出力（（よりセンス決定
を行なうものなどかある。

そしてこれらの回転出力を方位測定信号とする場合、そ
の最小感度点を方位点として測定する方法がとられてい
る。しかし、この方法では、電波の強度が弱い場合には
、最小感度点が雑音信号でマスクされ、方位点が不明瞭
になり、測定方位値が不正確になる欠点がある。

これを具体的（（図によって説明すると、複指向性アン
テナの回転系、例えばループ・アンテナの回転系の場合
、第１図（ａ、）のＣ１・Ｃ２のような指向性のものを
Ｂ方向に回転しなからθ８方向の到来電波Ａ１を受信し
、この系の出力を増幅検波すると、第３図の検波信号ａ
１□が得られる。そして、最小感度点は到来方向θ８　
とその正反対方向θｂ　との位置に現われる。従来の方
法では、この最小感度点を方位測定点として検出してい
る。

しかし、電波ＡＩが弱くなると、検波信号＋１１２のよ
うに最小感度点が雑音信号Ｎによってマスクされ、また
アンテナ系の垂直アンテナ効果などにより、指向性が第
１図（Ｃ２）のＣｏ・ＣＩ２のように不等化すると、検
波信号ａ２１のように最小感度点がズレるなと方位１１
１１１定を不正確・不安定なものにする。

また、単相向性アンテナの回１ｖ、系、例えばループ・
アンテナの回転とヒンス・アンテナの合成系の場合、第
２図（ｂｌ）の０３の指向性でＤ方向に回転し、θ。方
向の電波Ａ２を受信すると、第４図の検波信号ｂｌ＋が
得られ、最小感度点はθ。

の位置にのみ現われることになるが、この場合にも、雑
音信号Ｎが大きくなると、検波信号ｂ１２のように最小
感度点がマスクされ、また、センス・アンテナ信号の量
が少なく々ると、第２図（ｂ２）のＣ３１・Ｃ４１のよ
うに接脂向性化１．て、検波信号ｂ２□のように最小感
度点がズレると同時に二重化するなど方位測定を不正確
・不安定なものにする。

こうした問題を解消するための手段が神々発明されてお
り、直交アンテナとセンス・アンテナとの各静止系の出
力をフーリエ変換して方位を測定する方法が特公昭５５
−２８５１４．特開昭４８−５５７６７などにより紹介
さ？している。

しかし、これらの方法では、各静止系の出力の相対位相
を正確に維持して増幅することを要し、温度特性による
変動などのため、具現化に困難がある。また、こうした
検波信号ａ１２’８２１ｂ＋２・ｂ２１　のように問題
のある信号より正規の方位を測定できる信号波形を得る
には、これらの検波信号の本来の正規の繰返周期に対応
する基本波成分、つまり、アンテナ回転系の１回転に対
して、主となる指向性の数と回数のサイクル、検波信号
ａ１２・Ｃ２１では２ザイクル（以下、２ｆといつ）、
検波信号ｂ１２・ｂｚ＋では１サイクル（以下、１ｆと
いう）に相当する周波数成分の正弦波に変換して検出す
ればよい。

この基本波成分を検出するには、帯域ろ波回路、低域ろ
波回路などのろ波回路を用いる方法が考えられるが、回
転系の機械的構造上、その他の理由によって回転速度が
制限され、１５’Ｈｚ程度が限度であり、こノＬらのろ
波回路の定数が極めて入きく々す、温度！１η性Ｖこよ
って位相遅延変動が生じ、これが測定誤差の原因となる
不都合があり、やはり、問題は解決されない。

この発明は、こうした不都合や困難なしに、前記の問題
を解決することを目的としている。

〔発明の開示〕

本発明は、単一　または複数の指向性アンテナの回転出
力より得た検波信号をサンプリングしてＡＤ変換したデ
ィジタル値を、データ値群として記憶し、方位測定の基
準方向より前記回転の一回転分に相当する前記データ値
を用いて、前記検波信号をフーリエ展開することにより
、前記出力の正規の繰返周期に対応する基本波成分また
は前記複数に相当する高調波成分の位相値を算出し、こ
の位相値により方位測定値を得ることを特徴とするもの
である。

先ず、本発明の測定方法の原理となる数〔ｊｌｉ的関係
について述べると、 ある周期Ｔの周期関数ｆ　（ｔｊは次式のように〕ＩＪ
工展開することができる。但しこ！で変数りは単に独立
変数を意味し、時間に特定するものでない。

ｆ　（ｔ）　−（ａｏ／２　）十Σ　（ａｌｌｔｌＯｓ
　ｎ　（２’ｒ、／’Ｉ”　）　ｔ　＋　ｂ１１ｓＭＩ
１１１１＝１ （２π／ｒ）ｔ） こ瓦でａ。、　ａｎ　、　ｂｎ　＋　Ｃｎはフーリエ係
数である。

フーリエ係数は定数でなく、・ｆ　（ｔ）を記述する座
標原点０の選び方により変化する。すなわち、Ｌを１−
１ｏとおくと、フーリエ係数ａ、／　、　ｂ、／。

Ｃｎ′が ａｎ’＝　ａｎｗｎ　（２ｉ７’ｒ）ｔｏ−ｂ、１ｓｉ
ｎｎ　（２ｍ／’Ｉ’）　ｔ□賜’　＝　ｂｎｏｏｓｎ
　（２π／Ｔ　）　ｔ　ｏ　＋　ａ、、ｓｊｎ　ｎ　（
２７ｒ／Ｔ）　ｔ。

ｃ’＝ｃｅ刊ｎ　（２／ｑ、”）　’ｏ　−古（ａｎ／
　−Ｊｂ１１’　）　（１）ｎ　１１ となる。

原点０を移動しても、波形自体は変わらないから、いま
、ある同期関数［（１）が、基準とする原点０から一定
のむ。だζブ波形が移動したとき、各周波数酸９　Ｑｎ
’の位相ｔａ＋＋　”　（ｂ、、’　／ａ、１’　）か
ら波形の移動＃Ｌｏをめることができる。

この発明の方位測定では、独立変数しはアンテナの回転
系の口伝角度θ、アンテナの１回転周期Ｔは２πとなる
から、上述の式で、（２π／Ｔ）ｔはθとなる。いま、
θ−００を栽準方位として、０°で最小感度点を示す波
形に対し、θ０で最小感度点になる同一波形は（１）式
より、θ０を波形移動角度＠（移相量）としてめること
ができる。

すなわち周波数成分ｃｎ′の位相ｎｏ。がらθ０−１／
ｎ　ｔａｎ〜１（ｂｎ′／ａｎ′）（２）としてｎ−１
＋　２　＋・・・の中から、該当する周波数成分につい
てθ。をめることによって方位測定を行なうものであり
、該当する周波数成分シｃついてθ。をめることによっ
て方位測定を行なうものであり、複相向性アンテナでは
、検波信号は第３図のように、２ｆザイクルの波形にな
るからｎ　＝　２に相当する第２高調波成分、中、指向
性アンテナの」場合は、第４図のようにＪ、　ｆ　ｄ）
イクルの波形になるからｎ−１に相当する基本波成分か
らめることができる。

本発明の方法は、従来のように、波形の最小感度点の１
点を対象にして方位測定をするものでなく、波形全体を
サンプリングしたデータをフーリエ展開により分析して
、その中に含まれる周波数成分のうちから該当する周波
数成分の位相を抽出して方位をめるものであって、デー
タの大半が正しい値を与えれば、正確なθ。

をめることができるので、最小感度点附近の少数のデー
タがノイズによりマスクされている場合、あるいは後指
向性の特性不等化により最小感度点がずれる場合、カー
ジオイド特性で最小感度点が二重化さすしる場合などに
も高精度の方位測定を得ることができる。

〔発明の実施態様〕

以下、具体的実施例１（ついて述べる。後指向性のアン
テナを回転１−て得られた出力の検波信号の場合、ルー
プ・アンテナもしくはアトコック・アンテナなどの後指
向性のアンテナ回転系の出力に偏波面などによる位相の
乱れや雑音がない理想的な波形は第３図ａｏＫ示すよう
な単相正弦波交流電圧の全波整流正弦波形と同一の波形
になり、その最小感度点ばθ８．θｂの２点に生じ、基
準方向０から到来１−る電波に対しては、この値がＦｊ
ｉＪ述のように輸＝０°、θｂ＝１８０°となり、任意
の方向より到来する電波の）１位は、これと同一波形が
移相したものとして、その移相量（角度１１ちで表わす
）を余弦波形の位相値をめるフーリエ展開によって、６
川ンセすることができる。

このフーリエ展開は ｆ（θ）−Ａ（１−看。３２θ−２−ｏｏｓ　４θ−０
，。

１５ となシ、アンテナの１回転周期１ｔこ相当する成分が無
く、直流成分と、その周期中に存在する最小感度点の数
に相当する偶数温調波成分とからなる。そして、この場
合、第２高ｒａｒａ波成分、２ｆの移相量からそのθ。

に相当するθａまたはθｂ’ｅ　［２１式によって １−１ θ８またはθｂ−Ｔ　ｔａｎ　（ｂ’２　／ａ／、、　
）　（’１１としてめることができる。そし７て（１）
ｓ２θと００８２（θ＋π）とは同一値になるので、θ
。をめると、θ８またはθｂという１８０１”異なる２
つのイ直をもつ不定が生ずる。これが前記の２つの最小
感度点に相当する。

第３図の検波信号ａ１２またはａ２１のように、最小感
度点が不明瞭または偏移している波形の場合でも、波形
全体から見れば、２πの周期を有する周期関数が含まれ
ており、（３）式の展開Ｇては市数高調波成分が含まｈ
てくるが、第２高調波成分が相当帯金まれており、（４
）式により、そのθ８またはθｂを検出することができ
る。

第５図の実施例は、第ニーＳ図の検波信号ａ１□に相当
し、時系列５Ａ・極ｊ７１！：標５１３のように、最小
感度点θａ　θｂが基ｉｆ／；方イ）ン０の方向にあり
、こ八が雑音信月Ｎによってマスクされている場合であ
り、５Ｃに１検波信′１３波形を基準方位Ｏから１０′
）ごとの角１度で１回転（１周期）をサンプリングした
１３６個の１辰幅葡（ｉｌ−ＡＤ変換したディジクル値
をデータ［面群（１０進数で表示）としたものであり、
これを用いてフーリエ展開した結果を５１）に示す。こ
の場合、フーリエ係Ｋ１１ａ２＋ｂ２および移相量θ。

シ」人民によりめる。

ａ２−”　ＣＤｏ　９］１１　（０°Ｘ２　）　＋Ｄ＋
　”　（ＩＱ°Ｘ２）＋　−＝・６ ＋Ｉ）３ｓｆυ５（３５０°×２）〕 ００＝ＬｔａｒＶ’　ｂ２／ａ２（６１こ瓦でＤｏ−Ｄ
３５は各サンプリング点のデータ値である。２ｆ成分の
振幅値はｌ／ａＮ−＋　ｂ２　であり、またθ。は（３
）式かられかるように、２ｆ　の波形上で見ると、２ｆ
についてπだけ推移した余弦波形に対する移相量となり
、電波の到来方向が００〜１８０°、１８０°〜３６０
°のいずれ０１！ＩＩＩてあっても、θａ・θｂ　は互
に正・反方向の不定となるが、この確定は一般の方位測
定手段と同様に、後記の第６図、第７図のような単重向
性化した信号を用いて行なえばよい。

第６図の実施例は、第４図の検波信号ｂ１２に相当する
もので、時系列６Ａ・極座標６Ｂに示すように、最小感
度点θ。が２７００にあり、これが雑音信号Ｎでマスク
されている場合であり、第５図の場合と同様にサンプリ
ングして得た６Ｃのデータ値群により、６Ｄの測定結果
をイｕたものである。フーリエ係数ａｌ＋ｂ＋　および
位相量θ。は次式によりめる。

θ・−ｔａｎ−’玉　（８） １ 各値の対応は第５図の、１易合と同様であるが、この場
合のθ。は基本波１ｆの正弦波形における移相量として
められ、これがそのまま最小感度点θ。の１直となる。

第７図の実施例Ｏ゛ヨ、第４図の検波信号ｂ２１に雑音
信号Ｎが加わった」場合に相当するものである。こ匁で
検波信−けｂ２１は、複指向性アンテナによる最小感度
点θ８・θｂが００・１８０°にあり、これにセンスア
ンテナ成分を不十分に加えたため、見かげ上の最小感度
点が１９５°・３４５°に現われているが請求めるべき
本来の最小感度点が２７０°に現われるべきものである
。第７図では、２ｆ成分と１ｆ成分の両方についてめ、
７Ｌ）のような測定値を得ることができる。

各場合の測定結果５Ｄ、６Ｄ、７Ｄにおいて、一般の無
線方位測定における許容誤差は、電波が強く、ノイズが
少ない状態で±１０であり、５Ｄ。

６Ｄであれば問題なく、７１）の場合は時系列７Ａの雑
音信号Ｎの部分でのサンプリング値を故意にｎｌのよう
に乱れさせたものであり、しかも、最小感度点θａ・θ
ｂ・θ。のいずれにも最小感度点が現われていない信号
からこれらの点の方位を測定できるものなので、この程
度の誤差で測定できれば実用上、問題はない。

〔発明の変形実施態様〕

二の発明は次の変形実施が用能である。

（１）　単相向性の回転系、例えば、ループ・アンテナ
とセンス・アンテナの合成系では、電波の偏波面の変化
などの影響により、出力信号の相互位相が偏移して方位
の測定精度が得られないため、複指向性の回転系、例え
ばループ・アンテナにより方位測定を行なった後、単相
向性の回転系の出力により、得ら九た信号でセンス決定
を行なう方法をとる必要がある場合には、前記の複指向
性の回転系による出力のフーリエ展開でめた方位測定値
を、単相向性の回転系による出力のフーリエ展開でめた
方位測定値で、例えば±９０′″以内は正方向側、それ
以外は反対方向側とするように、領域判定する計算を付
加してセンス決定を行なう変形実施が可能である。

（２）　前記（１）項の変形実施における単相向性の回
転系による出力を連続的な時間領域または振幅値領域の
信号に変換した信号によりセンス決定を行なわせる変形
実施も可能である。

（３）前記の各実施例では、検波信号を正方向の検波信
号として説明したが、これは逆方向の検波信号、例えば
第３図の検波信号ａ３１　を用いた場合でも、全く同様
の結果を得ることが可能なことは詳述を要さないことで
あろう。

（４）　前記の説明において、フーリエ展開のために用
いるデータ値群は、基準方向Ｏより１回転分を用いる構
成にしているが、これを各サンプル毎に数回分の加勢平
均または移動加算平均した値を各データ値とする変形実
施も可能である。

（５）接脂向アンテナの場合、（５）戊・（６）式によ
ってフーリエ展開したが、こノ′シをアンテナの１回転
を２周期分にとり、その基本波１ｆの成分に対する移相
上をめるフーリエ展開によって行々つてもよい。

ただし、第３図の検波波形ａ２１のように、最小感度点
θ８・θｂが非対称に変移している場合には、（５）式
・（６）式による方が正確な方位が得られることは説明
を要さないであろう。

（６）第５図・第６図・第７図ではサンプリング値を最
高振幅′ｆ：１とした比率に変換したテークを用いてい
るが、これを振幅値ｆ：ＡＤ変換したままの値によって
行なうことも可能である。

〔発明の効果〕

この発明によれば、最小感度点が雑音信号でマスクされ
、あるいは非対称ＬＣ偏移している方位測定信号もしく
はセンスアンテナ信号が不十分で本来の最小感度点以外
の個所に最小感度点が現われている方位測定信号であっ
ても、信号波形全体から見た周波数成分によって測定さ
れるので、高精度の方位測定ができる特長がある。

【図面の簡単な説明】

図面は実施例を示し、第１図・第２図は指向特性の極座
標図、第３図・第４図は検波信号の時系列図、第５図・
第６図・第７図はサンプリングと測定結果の説明図であ
る。 特許出願人　株式会社　光電製作所 代理人　弁理士　佐　藤　秋　比　古 第１　図　第２図 ０ （０１）　（ｂｌ） （０２）　（ｂ、）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 単一または複数の指向性のアンテナを回転して得られる
   出力を方位測定信号として電波の到来方位を測定する無
   、線方位測定方法であって、前記出力を増幅検波して得
   た検波信号をサンプリングしてＡＤ変換したディジタル
   値をデータ値群として記憶し、方位測定の基準方向より
   前記回転の１回転分に相当する前記データ値を用いて、
   前記検波信号をフーリエ展開することにより、前記出力
   の正規の繰返周期に対応する基本波成分または前記複数
   に相当する高調波成分の位相値を算出し、この位相値に
   より方位測定値を得ることを特徴とする無線方位測定方
   法。