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JP2965503B2 - Array antenna control device - Google Patents
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JP2965503B2 - Array antenna control device - Google Patents

Array antenna control device

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Publication number
JP2965503B2
JP2965503B2 JP8036704A JP3670496A JP2965503B2 JP 2965503 B2 JP2965503 B2 JP 2965503B2 JP 8036704 A JP8036704 A JP 8036704A JP 3670496 A JP3670496 A JP 3670496A JP 2965503 B2 JP2965503 B2 JP 2965503B2
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phase difference
reception
antenna element
received
complex conjugate
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章夫 堀江
龍 三浦
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EI TEI AARU KODENPA TSUSHIN KENKYUSHO KK
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EI TEI AARU KODENPA TSUSHIN KENKYUSHO KK
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、アレーアンテナの
制御装置に関する。
The present invention relates to a control device for an array antenna.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、車両等に搭載し静止衛星の方向を
自動的に追尾する衛星通信用のフェーズドアレーアンテ
ナ(以下、第1の従来例という。)が郵政省通信総合研
究所によって試作されている。この第1の従来例のフェ
ーズドアレーアンテナは、19個のマイクロストリップ
アンテナ素子で構成され、1素子を除く各素子毎に計1
8個のマイクロ波移相器を備え、機械駆動せずに電気的
に送信ビームの方向を走査する。ここで、アンテナの指
向性を制御し、到来ビームの方向を追尾するためのセン
サーとして、地磁気の方向を検出し予め既知である車両
から見た静止衛星の方向を計算するための磁気センサ、
並びに車両の回転角速度を検出して精度よくビームの方
向を一定に保つための光ファイバジャイロを備えてい
る。これら2つのセンサを組み合わせることにより、到
来ビームの有無に関らず、ある一定の方向にアンテナの
送信指向性を向け、車両が移動しても常に同じ方向にそ
の指向性を保持するように構成されている。また、マイ
クロ波移相器に周波数特性をもたせることにより、送信
と受信の周波数は異なる場合でも両方で同じ方向に指向
性が形成されるようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a phased array antenna for satellite communication (hereinafter referred to as a first conventional example) mounted on a vehicle or the like and automatically tracking the direction of a geostationary satellite has been prototyped by the Communications Research Laboratory of the Ministry of Posts and Telecommunications. ing. The phased array antenna of the first conventional example is composed of 19 microstrip antenna elements, and one element is provided for each element except one element.
Eight microwave phase shifters are provided to electrically scan the direction of the transmission beam without mechanical drive. Here, as a sensor for controlling the directivity of the antenna and tracking the direction of the incoming beam, a magnetic sensor for detecting the direction of geomagnetism and calculating the direction of the geostationary satellite seen from the vehicle that is known in advance,
Further, an optical fiber gyro is provided for detecting the rotational angular velocity of the vehicle and accurately keeping the beam direction constant. By combining these two sensors, regardless of the presence or absence of an incoming beam, the antenna directs the transmission directivity in a certain direction, and keeps the same directivity in the same direction even when the vehicle moves. Have been. In addition, by providing the microwave phase shifter with frequency characteristics, directivity is formed in the same direction in both transmission and reception even when the transmission and reception frequencies are different.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
1の従来例のフェーズドアレーアンテナは、到来信号の
有無に関らず信号源の方向が既知であればその方向に送
信ビームを向けることができるが、信号源の方向が未知
の場合または低軌道周回衛星など信号源自体が移動して
しまう場合にはその動きが全て予測可能な場合を除き、
追尾不可能である。また、信号源の方向が既知の場合で
も、磁気センサは、絶対方位を知ることができるが、周
囲の金属による磁界の影響を受けやすく、光ファイバジ
ャイロは、周囲の金属による磁界の影響は受けないが、
角速度を検出してこれを積算して絶対方位を求めるため
誤差の蓄積を受けやすい。これらの特徴を組み合わせ
て、互いに補完しながら正確な追尾を行う方法は、構成
が複雑になるとともに、上記のように性能が限定される
という問題点があった。
However, the phased array antenna of the first prior art can direct a transmission beam in the direction of a signal source if the direction of the signal source is known regardless of the presence or absence of an incoming signal. However, unless the direction of the signal source is unknown or the signal source itself moves such as a low orbit satellite, unless the movement is all predictable,
Tracking is impossible. In addition, even when the direction of the signal source is known, the magnetic sensor can know the absolute azimuth, but is easily affected by the magnetic field due to the surrounding metal, and the optical fiber gyro is affected by the magnetic field due to the surrounding metal. No,
Since the angular velocities are detected and integrated to determine the absolute azimuth, errors are easily accumulated. The method of performing accurate tracking while complementing each other by combining these features has a problem that the configuration is complicated and the performance is limited as described above.

【0004】上記の問題点を解決するために、到来波の
方向を知るための特別なセンサを用いることなく到来信
号方向に送信ビームを形成する方法として、受信位相差
をそのまま用いて、あるいは送信と受信の周波数に応じ
てこれを変換して送信位相差とする方法(以下、第2の
従来例という。)が、本出願人によって、特願平7−1
17167号の特許出願において提案されている。第2
の従来例の方法は、互いに近接した各2つのアンテナ素
子間の受信位相差を演算し、当該受信位相差がもつ位相
不確定のすべての候補に対応した等位相の複数の1次回
帰平面を最小2乗法を用いて演算し、さらに最大受信波
に対応した1次回帰平面を1つだけ特定することにより
当該受信位相差を補正して、上記補正された受信位相差
に基づいて最大受信波の方向のみに送信ビームを形成す
るものである。この第2の従来例は、複数の多重波が到
来する環境、もしくは受信位相差に位相不確定が生じる
場合においても、最大受信波の方向のみに単一の送信主
ビームを形成することができるという優れた特徴を有す
る。
In order to solve the above-mentioned problems, as a method of forming a transmission beam in an arrival signal direction without using a special sensor for knowing the direction of an arrival wave, a reception phase difference can be used as it is or a transmission beam can be transmitted. A method of converting this into a transmission phase difference in accordance with the reception frequency (hereinafter, referred to as a second conventional example) has been disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 7-1.
No. 17167 is proposed in the patent application. Second
The method of the prior art calculates a reception phase difference between each two antenna elements close to each other, and forms a plurality of equiphase first-order regression planes corresponding to all candidates of phase uncertainty which the reception phase difference has. The calculation is performed using the least squares method, and furthermore, the reception phase difference is corrected by specifying only one primary regression plane corresponding to the maximum reception wave, and the maximum reception wave is corrected based on the corrected reception phase difference. The transmission beam is formed only in the direction of. In the second conventional example, a single transmission main beam can be formed only in the direction of the maximum received wave, even in an environment where a plurality of multiplexed waves arrive, or when a phase uncertainty occurs in a received phase difference. It has an excellent feature.

【0005】しかしながら、上記第2の従来例の送信ビ
ーム形成方法の場合、所定の基準のアンテナ素子と各ア
ンテナ素子の間の送信位相差を演算する際、最小2乗法
により複数の等位相の1次回帰平面を演算し、条件分岐
により平面を特定する必要があり、演算が複雑であると
いう問題点があった。
However, in the case of the transmission beam forming method of the second prior art, when calculating a transmission phase difference between a predetermined reference antenna element and each antenna element, a plurality of equal phase 1s are calculated by the least squares method. It is necessary to calculate the next regression plane and specify the plane by conditional branching, and there is a problem that the calculation is complicated.

【0006】本発明の目的は以上の問題点を解決し、方
位センサ等を用いることなく、また複数の多重波が到来
する環境、もしくは受信位相差に位相不確定が生じる場
合においても、最大受信波の方向のみに単一の送信主ビ
ームを形成することができ、しかも演算が簡単なアレー
アンテナの制御装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, and to achieve maximum reception without using an azimuth sensor or the like, and even in an environment where a plurality of multiplexed waves arrive, or in a case where the phase difference is uncertain in the reception phase difference. An object of the present invention is to provide an array antenna control device that can form a single transmission main beam only in the direction of a wave and that is simple in operation.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載のアレーアンテナの制御装置は、所定の配置形状で近
接して並置された複数のアンテナ素子からなるアレーア
ンテナを制御するためのアレーアンテナの制御装置にお
いて、上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ
受信された複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信
号を用いて互いに直交する各2つの直交ベースバンド信
号に変換する変換手段と、上記変換手段で変換された各
2つの直交ベースバンド信号に基づいて、上記複数のア
ンテナ素子のうちの所定の基準のアンテナ素子で受信さ
れた受信信号と、上記複数のアンテナ素子のうちの任意
のアンテナ素子で受信された受信信号の共役複素数との
複素共役積である当該任意のアンテナ素子に対応する受
信ウエイトを演算する受信ウエイト演算手段と、上記受
信ウエイト演算手段で演算された上記基準のアンテナ素
子に隣接するアンテナ素子に対応する受信ウエイトと、
上記受信ウエイト演算手段で演算された上記基準のアン
テナ素子に対応する受信ウエイトの共役複素数との複素
共役積である第1の複素共役積に基づいて、上記基準の
アンテナ素子に隣接するアンテナ素子で受信された受信
信号と、上記基準アンテナ素子で受信された受信信号と
の間の第1の位相差を演算する第1の位相差演算手段
と、上記受信ウエイト演算手段で演算された各受信ウエ
イトのうち、互いに隣接するアンテナ素子に対応する2
つの受信ウエイトに基づいて、当該2つの受信ウエイト
のうちの一方の受信ウエイトと、他方の受信ウエイトの
共役複素数との複素共役積である第2の複素共役積を演
算して、上記第2の複素共役積と、上記第1の複素共役
積の共役複素数との複素共役積である第3の複素共役積
を演算する複素共役積演算手段と、上記複素共役積演算
手段で演算された第3の複素共役積に基づいて、互いに
隣接するアンテナ素子で受信された受信信号の間の位相
差と、上記第1の位相差との差である第2の位相差を演
算する第2の位相差演算手段と、上記第1の位相差演算
手段で演算された第1の位相差と上記第2の位相差演算
手段で演算された第2の位相差とに基づいて、任意のア
ンテナ素子で受信された受信信号と、上記基準のアンテ
ナ素子で受信された受信信号との間の受信位相差を演算
する受信位相差演算手段と、上記受信位相差演算手段で
演算された上記各受信位相差に基づいて、上記各アンテ
ナ素子の配置に対応しかつ上記基準のアンテナ素子に対
する任意のアンテナ素子の各位相差を、最小2乗法を用
いて、上記複数のアンテナ素子で受信された受信波のう
ちの、電力が最大の受信波である最大受信波に対して等
位相の1次回帰平面に回帰させて当該1次回帰平面を演
算する回帰平面演算手段と、上記回帰平面演算手段で演
算された1次回帰平面の互いに隣接する任意の2つのア
ンテナ素子の間の位相差に、所定の受信周波数に対する
所定の送信周波数の比を乗算することにより送信位相差
を演算する送信位相差演算手段とを備え、上記送信位相
差演算手段で演算された各2つのアンテナ素子間の送信
位相差で、送信信号を上記各アンテナ素子から送信する
ことにより、上記最大受信波の方向に送信主ビームを形
成することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an array antenna control apparatus for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape. A converter for converting a plurality of received signals respectively received by the antenna elements of the array antenna into two orthogonal baseband signals orthogonal to each other using a common local oscillation signal; A receiving signal received by a predetermined reference antenna element of the plurality of antenna elements based on each of the two orthogonal baseband signals converted by the conversion means, and an arbitrary antenna of the plurality of antenna elements; Calculates the reception weight corresponding to the given antenna element, which is the complex conjugate product of the received signal received by the element and the conjugate complex number A reception weight calculating unit that, the reception weights corresponding to the antenna elements adjacent to the antenna elements of the reference, which is calculated by the reception weight calculating means,
Based on a first complex conjugate product, which is a complex conjugate product of a reception weight corresponding to the reference antenna element calculated by the reception weight calculation means and a conjugate complex number of the reception weight, an antenna element adjacent to the reference antenna element First phase difference calculating means for calculating a first phase difference between a received signal received and a received signal received by the reference antenna element; and each reception weight calculated by the reception weight calculating means Of the two corresponding to the antenna elements adjacent to each other
A second complex conjugate product, which is a complex conjugate product of one of the two reception weights and a conjugate complex number of the other reception weight, based on the two reception weights; Complex conjugate product calculating means for calculating a third complex conjugate product which is a complex conjugate product of the complex conjugate product and the conjugate complex number of the first complex conjugate product; and a third conjugate product calculated by the complex conjugate product calculating means. A second phase difference for calculating a second phase difference, which is a difference between the phase difference between the received signals received by the antenna elements adjacent to each other and the first phase difference, based on the complex conjugate product of Arbitrary antenna element based on arithmetic means, based on the first phase difference calculated by the first phase difference calculating means and the second phase difference calculated by the second phase difference calculating means Received by the reference antenna element Receiving phase difference calculating means for calculating a receiving phase difference between the received signal and the received phase difference calculated by the receiving phase difference calculating means; Using the least squares method, the phase difference of an arbitrary antenna element with respect to the antenna element is compared with the maximum received wave having the largest power among the received waves received by the plurality of antenna elements. A regression plane calculating means for calculating the primary regression plane by regressing to a primary regression plane of a phase; and any two adjacent antenna elements of the primary regression plane calculated by the regression plane calculation means. Transmission phase difference calculation means for calculating a transmission phase difference by multiplying the phase difference by a ratio of a predetermined transmission frequency to a predetermined reception frequency, wherein each of the two antennas calculated by the transmission phase difference calculation means is provided. In transmission phase difference between the antenna elements, by transmitting the transmission signals from the respective antenna elements, and forming a transmission main beam in the direction of the maximum reception wave.

【0008】また、本発明に係る請求項2記載のアレー
アンテナの制御装置は、等間隔に近接して並置された複
数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御するた
めのアレーアンテナの制御装置において、上記アレーア
ンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信された複数の受
信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用いて互いに直
交する各2つの直交ベースバンド信号に変換する変換手
段と、上記変換手段で変換された各2つの直交ベースバ
ンド信号に基づいて、所定のビーム形成法を用いて、所
定の複数のビーム方向に対応して複数のビームを形成
し、上記形成された複数のビームに対応する複数のビー
ム受信信号を生成するビーム形成手段と、上記ビーム形
成手段で生成された複数のビーム受信信号のうち、所定
のしきい値以上の電力を有するビーム受信信号を選択し
て少なくとも1つのビーム受信信号を出力するビーム選
択手段と、上記ビーム選択手段で選択されたビーム受信
信号のうちの基準のビーム受信信号と、上記ビーム選択
手段で選択されたビーム受信信号のうちの任意のビーム
受信信号の共役複素数との複素共役積である当該任意の
ビームに対応する受信ビームウエイトを演算する受信ビ
ームウエイト演算手段と、上記受信ビームウエイト演算
手段で演算された受信ビームウエイトに基づいて、上記
各アンテナ素子に対応する各受信ウエイトを演算する受
信ウエイト演算手段と、上記受信ウエイト演算手段で演
算された受信ウエイトのうち、上記複数のアンテナ素子
のうちの所定の基準のアンテナ素子に隣接するアンテナ
素子に対応する受信ウエイトと、上記基準のアンテナ素
子に対応する受信ウエイトの共役複素数との複素共役積
である第1の複素共役積に基づいて、上記基準のアンテ
ナ素子に隣接するアンテナ素子で受信された受信信号
と、上記基準アンテナ素子で受信された受信信号との間
の第1の位相差を演算する第1の位相差演算手段と、上
記受信ウエイト演算手段で演算された受信ウエイトのう
ち、互いに隣接するアンテナ素子に対応する2つの受信
ウエイトに基づいて、当該2つの受信ウエイトのうちの
一方の受信ウエイトと、他方の受信ウエイトの共役複素
数との複素共役積である第2の複素共役積を演算して、
上記第2の複素共役積と、上記第1の複素共役積の共役
複素数との複素共役積である第3の複素共役積を演算す
る複素演算積演算手段と、上記複素演算積演算手段で演
算された第3の複素共役積に基づいて、互いに隣接する
アンテナ素子で受信された受信信号の間の位相差と、上
記第1の位相差との差である第2の位相差を演算する第
2の位相差演算手段と、上記第1の位相差演算手段で演
算された第1の位相差と上記第2の位相差演算手段で演
算された第2の位相差とに基づいて、任意のアンテナ素
子で受信された受信信号と、上記基準のアンテナ素子で
受信された受信信号との間の受信位相差を演算する受信
位相差演算手段と、上記受信位相差演算手段で演算され
た上記各受信位相差に基づいて、上記各アンテナ素子の
配置に対応しかつ上記基準のアンテナ素子に対する任意
のアンテナ素子の各位相差を、最小2乗法を用いて、上
記複数のアンテナ素子で受信された受信波のうちの、電
力が最大の受信波である最大受信波に対して等位相の1
次回帰平面に回帰させて当該1次回帰平面を演算する回
帰平面演算手段と、上記回帰平面演算手段で演算された
1次回帰平面の互いに隣接する任意の2つのアンテナ素
子の間の位相差に、所定の受信周波数に対する所定の送
信周波数の比を乗算することにより送信位相差を演算す
る送信位相差演算手段とを備え、上記送信位相差演算手
段で演算された各2つのアンテナ素子間の送信位相差
で、送信信号を上記各アンテナ素子から送信することに
より、上記最大受信波の方向に送信主ビームを形成する
ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an array antenna control apparatus for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements juxtaposed at equal intervals. A conversion unit that converts a plurality of reception signals received by each of the antenna elements of the array antenna into two orthogonal baseband signals orthogonal to each other using a common local oscillation signal; A plurality of beams corresponding to a plurality of predetermined beam directions are formed using a predetermined beam forming method based on each of the two orthogonal baseband signals, and a plurality of beams corresponding to the plurality of formed beams are formed. A beam forming means for generating a reception signal; Beam selecting means for selecting a beam receiving signal having the following and outputting at least one beam receiving signal; a reference beam receiving signal among the beam receiving signals selected by the beam selecting means; and selecting by the beam selecting means Receiving beam weight calculating means for calculating a receiving beam weight corresponding to a given beam, which is a complex conjugate product of a given beam received signal and a conjugate complex number of the given beam received signal, and the receiving beam weight calculating means Based on the calculated reception beam weight, reception weight calculation means for calculating each reception weight corresponding to each antenna element, and among the reception weights calculated by the reception weight calculation means, among the plurality of antenna elements A receiving weight corresponding to an antenna element adjacent to the predetermined reference antenna element, A reception signal received by an antenna element adjacent to the reference antenna element based on a first complex conjugate product that is a complex conjugate product of a reception weight corresponding to the quasi antenna element and the reference antenna; A first phase difference calculating means for calculating a first phase difference between the received signal received by the element and a receiving weight calculated by the receiving weight calculating means, corresponding to antenna elements adjacent to each other; Based on the two reception weights, a second complex conjugate product that is a complex conjugate product of one of the two reception weights and a conjugate complex number of the other reception weight is calculated,
Complex arithmetic product operation means for calculating a third complex conjugate product that is a complex conjugate product of the second complex conjugate product and a conjugate complex number of the first complex conjugate product; A second phase difference which is a difference between a phase difference between reception signals received by mutually adjacent antenna elements and the first phase difference based on the third complex conjugate product obtained. 2 based on the first phase difference calculated by the first phase difference calculating means and the second phase difference calculated by the second phase difference calculating means. A reception signal received by the antenna element, a reception phase difference calculation means for calculating a reception phase difference between the reception signal received by the reference antenna element, and each of the reception phase differences calculated by the reception phase difference calculation means Based on the reception phase difference, corresponding to the arrangement of each antenna element and Using the least squares method, the phase difference of any antenna element with respect to the reference antenna element is compared with the maximum received wave having the maximum power among the received waves received by the plurality of antenna elements. 1 in phase
A regression plane calculation means for calculating the primary regression plane by regressing to the next regression plane; and a phase difference between any two adjacent antenna elements of the primary regression plane calculated by the regression plane calculation means. Transmission phase difference calculating means for calculating a transmission phase difference by multiplying by a ratio of a predetermined transmission frequency to a predetermined reception frequency, and the transmission between the two antenna elements calculated by the transmission phase difference calculation means. A transmission main beam is formed in the direction of the maximum received wave by transmitting a transmission signal from each of the antenna elements with a phase difference.

【0009】さらに、請求項3記載のアレーアンテナの
制御装置は、請求項1又は2記載のアレーアンテナの制
御装置においてさらに、上記回帰平面演算手段で演算さ
れた1次回帰平面上の互いに隣接する任意の2つのアン
テナ素子間の位相差を、−πから+πまでの範囲の値と
なる位相差に変換する位相補正手段を備え、上記送信位
相差演算手段は、上記位相補正手段で変換された位相差
に上記受信周波数に対する上記送信周波数の比を乗算し
て送信位相差を演算することを特徴とする。
The control device for an array antenna according to a third aspect of the present invention is the control device for an array antenna according to the first or second aspect, further comprising: Phase correction means for converting a phase difference between any two antenna elements into a phase difference having a value in a range from -π to + π, wherein the transmission phase difference calculation means is converted by the phase correction means. A transmission phase difference is calculated by multiplying a phase difference by a ratio of the transmission frequency to the reception frequency.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。 <第1の実施形態>図1は本発明に係る第1の実施形態
である通信用アレーアンテナの自動ビーム捕捉追尾装置
のブロック図である。第1の実施形態の通信用アレーア
ンテナの自動ビーム捕捉追尾装置は、受信信号の波長の
1/2又は送信信号の波長の1/2、もしくは受信信号
の波長と送信信号の波長の平均値の1/2の長さである
所定の間隔で一直線上に並置された複数N個のアンテナ
素子A1,A2,…,Ak,…,ANからなるアレーア
ンテナ1の指向性を、ディジタル位相変調波又は無変調
波などの無線信号波の到来ビームの方向へ高速で向け、
その追尾を行う。ここで、特に、第1の実施形態の捕捉
追尾装置は、最大比合成回路4と、送信ウエイト演算回
路30とを備えたことを特徴としている。そして、信号
源となる相手局の方位が未知である場合においても、方
位センサ等を用いることなしに、信号源から送信される
到来波から得られる各アンテナ素子毎のベースバンド信
号に基づいて到来波の方向に送信ビームを形成し、ま
た、複数の多重波が到来する環境においても、あるいは
受信位相差に位相不確定が生じる場合においても、1つ
の1次回帰平面を演算するだけで、多重波の影響及び位
相不確定を除去でき、最大受信波の方向のみに単一の送
信主ビームを形成する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. <First Embodiment> FIG. 1 is a block diagram of an automatic beam acquisition and tracking device for a communication array antenna according to a first embodiment of the present invention. The automatic beam capture and tracking device of the communication array antenna according to the first embodiment is 、 of the wavelength of the received signal, の of the wavelength of the transmitted signal, or the average of the wavelength of the received signal and the wavelength of the transmitted signal. The directivity of the array antenna 1 including a plurality of N antenna elements A1, A2,..., Ak,... Aim at high speed in the direction of the incoming beam of wireless signal waves such as unmodulated waves,
Perform that tracking. Here, in particular, the acquisition and tracking device of the first embodiment is characterized by including the maximum ratio combining circuit 4 and the transmission weight calculating circuit 30. Then, even when the azimuth of the partner station serving as the signal source is unknown, the arriving signal based on the baseband signal for each antenna element obtained from the arriving wave transmitted from the signal source without using an azimuth sensor or the like. A transmission beam is formed in the direction of the wave, and even in an environment where a plurality of multiplexed waves arrive, or in a case where the phase difference is uncertain in the reception phase difference, multiplexing can be performed simply by calculating one primary regression plane. Wave effects and phase uncertainties can be eliminated, forming a single transmit main beam only in the direction of the largest received wave.

【0011】図1に示すように、アレーアンテナ1は、
N個のアンテナ素子A1乃至ANと、送受分離器である
サーキュレータCI−1乃至CI−Nとを備える。ま
た、受信モジュールRM−1乃至RM−Nはそれぞれ、
低雑音増幅器2と、第1局部発振器11から出力される
共通の第1局部発振信号を用いて、受信された無線周波
数を有する無線信号を所定の中間周波数を有する中間周
波信号に周波数変換するダウンコンバータ(D/C)3
とを備える。
As shown in FIG. 1, the array antenna 1
It includes N antenna elements A1 to AN and circulators CI-1 to CI-N as transmission / reception separators. The receiving modules RM-1 to RM-N are respectively
Using the low-noise amplifier 2 and the common first local oscillation signal output from the first local oscillator 11, a down-converter converts a received radio signal having a radio frequency into an intermediate frequency signal having a predetermined intermediate frequency. Converter (D / C) 3
And

【0012】当該捕捉追尾装置の受信部はさらに、N個
のA/D変換器AD−1乃至AD−Nと、第2局部発振
器12から出力される共通の第2局部発振信号を用い
て、A/D変換後の中間周波信号を準同期検波して、互
いに直交する2つのベースバンド信号(以下、これら2
つのベースバンド信号を直交ベースバンド信号とい
う。)に変換するN個の準同期検波回路QD−1乃至Q
D−Nと、上記変換された直交ベースバンド信号に基づ
いて最大比合成するような各直交ベースバンド信号に対
する受信ウエイトW1 RX,W2 RX,…,WN RXを演算し
て、上記各直交ベースバンド信号に対して演算した受信
ウエイトW1 RX,W2 RX,…,WN RXを乗算した後同相合
成して復調器5に出力する最大比合成回路4と、最大比
合成回路4によって演算された受信ウエイトW1 RX,W2
RX,…,WN RXに基づいて、本発明に係る方法により送
信ウエイトW1 TX,W2 TX,…,WN TXを演算して位相・
振幅補正部13−1乃至13−Nに出力する送信ウエイ
ト演算回路30と、最大比合成回路4から出力されるベ
ースバンド信号から所定のベースバンド復調処理により
同期検波又は遅延検波を行い、所望のディジタルデータ
を抽出して受信データとして出力する復調器5とを備え
る。
The receiving unit of the acquisition and tracking device further uses N A / D converters AD-1 to AD-N and a common second local oscillation signal output from the second local oscillator 12, The intermediate frequency signal after the A / D conversion is quasi-synchronously detected and two baseband signals orthogonal to each other (hereinafter, these 2
One baseband signal is called a quadrature baseband signal. N) quasi-synchronous detection circuits QD-1 through QD
D-N and said converted reception weight W 1 RX for each quadrature baseband signal as maximum ratio combining based on the quadrature baseband signal, W 2 RX, ..., and calculates the W N RX, each reception weight W 1 RX computed relative quadrature baseband signal, W 2 RX, ..., W N and a maximum ratio combining circuit 4 which RX and by phase combination was multiplied outputs to the demodulator 5, the maximum ratio combining circuit 4 Weights W 1 RX and W 2 calculated by
RX, ..., based on W N RX, transmission weight by the method according to the present invention W 1 TX, W 2 TX, ..., phase-by computing the W N TX
Synchronous detection or delay detection is performed by a predetermined baseband demodulation process from the transmission weight calculation circuit 30 output to the amplitude correction units 13-1 to 13-N and the baseband signal output from the maximum ratio combining circuit 4 to obtain a desired signal. A demodulator 5 for extracting digital data and outputting it as received data.

【0013】当該受信部において、アレーアンテナ1内
の各アンテナ素子A1乃至ANから最大比合成回路4ま
では、各アンテナ素子の系統毎に、縦続接続されてい
る。当該受信部における各アンテナ素子の系統毎の信号
処理は同様に実行されるので、アンテナ素子Ak(アン
テナ素子A1乃至ANのうちの1つを代表してAkと付
す。)で受信された無線信号波についての処理について
述べる。
In the receiving section, the antenna elements A1 to AN in the array antenna 1 to the maximum ratio combining circuit 4 are cascaded for each antenna element system. Since the signal processing for each system of each antenna element in the receiving unit is executed in the same manner, the radio signal received by the antenna element Ak (Ak is represented as one of the antenna elements A1 to AN). The processing for waves will be described.

【0014】アンテナ素子Akで受信された無線信号波
は、サーキュレータCI−kと、受信モジュールRM−
k内の低雑音増幅器2とを介してダウンコンバータ3に
入力される。受信モジュールRM−k内のダウンコンバ
ータ3は、第1局発振器11から出力される共通の第1
局部発振信号を用いて、入力された無線信号を所定の中
間周波数を有する中間周波信号に周波数変換して、A/
D変換器AD−kを介して準同期検波回路QD−kに出
力する。準同期検波回路QD−kは、第2局部発振器1
2から出力される共通の第2局部発振信号を用いて、入
力されたA/D変換後の中間周波信号を準同期検波して
2つの直交ベースバンド信号Ik,Qkに変換して最大比
合成回路4に出力する。
The radio signal wave received by the antenna element Ak is transmitted to the circulator CI-k and the receiving module RM-
The signal is input to the down converter 3 via the low noise amplifier 2 within k. The down converter 3 in the receiving module RM-k is connected to the common first
Using the local oscillation signal, the input radio signal is frequency-converted into an intermediate frequency signal having a predetermined intermediate frequency.
The signal is output to the quasi-synchronous detection circuit QD-k via the D converter AD-k. The quasi-synchronous detection circuit QD-k is connected to the second local oscillator 1
2 is quasi-synchronous detected using the common second local oscillation signal output from the A / D-converted intermediate frequency signal and is converted into two orthogonal baseband signals I k , Q k. Output to the ratio combining circuit 4.

【0015】最大比合成回路4は、上記変換された直交
ベースバンド信号に基づいて最大比合成するような各直
交ベースバンド信号に対する受信ウエイトW1 RX
2 RX,…,WN RXを演算して、上記各直交ベースバンド
信号に対して演算した受信ウエイトW1 RX,W2 RX,…,
N RXを乗算した後同相合成して復調器5に出力する。
さらに、送信ウエイト演算回路30は、最大比合成回路
4によって演算された受信ウエイトW1 RX,W2 RX,…,
N RXに基づいて、本発明に係る方法により、到来波の
方向に送信ビームを形成し、また、複数の多重波が到来
する環境においても、あるいは受信位相差に位相不確定
が生じる場合においても、それら多重波の影響及び位相
不確定を除去し、最大受信波の方向のみに単一の送信主
ビームを形成するように、送信ウエイトW1 TX,W2 TX
…,WN TXを演算して、送信ウエイトW1 TX,W2 TX
…,WN TXをそれぞれ、位相・振幅補正部13−1乃至
13−Nに出力する。一方、復調器5は、最大比合成回
路4から出力されるベースバンド信号から所定のベース
バンド復調処理により同期検波又は遅延検波を行い、所
望のディジタルデータを抽出して受信データとして出力
する。なお、最大比合成回路4と送信ウエイト演算回路
30の回路処理については詳細後述する。
The maximum ratio combining circuit 4 receives the weights W 1 RX ,
W 2 RX, ..., W N RX a calculates the reception weight W 1 RX computed with respect to the respective quadrature baseband signal, W 2 RX, ...,
After multiplying by W N RX , in-phase synthesis is performed and output to the demodulator 5.
Further, the transmission weight operation circuit 30 receives the reception weights W 1 RX , W 2 RX,.
Based on W N RX, by the method according to the present invention, a transmission beam is formed in the direction of the incoming wave, and in the case in an environment plurality of multiple wave arrives, or the phase ambiguity in the reception phase difference is generated Also, the transmission weights W 1 TX , W 2 TX , W 2 TX , W 2 TX , W
, W N TX are calculated and the transmission weights W 1 TX , W 2 TX ,
, W N TX are output to the phase / amplitude correction units 13-1 to 13-N, respectively. On the other hand, the demodulator 5 performs synchronous detection or delay detection from the baseband signal output from the maximum ratio combining circuit 4 by a predetermined baseband demodulation process, extracts desired digital data, and outputs it as received data. The circuit processing of the maximum ratio combining circuit 4 and the transmission weight calculation circuit 30 will be described later in detail.

【0016】次に、図1を参照して、当該捕捉追尾装置
の送信部について説明する。当該送信部は、N個の送信
モジュールTM−1乃至TM−Nと、第1の送信局部発
振器14と、第2の送信局部発振器10と、N個の直交
変調回路6−1乃至6−Nと、位相・振幅補正部13−
1乃至13−Nと、同相分配器9とを備える。ここで、
各送信モジュールTM−1乃至TM−Nはそれぞれ、入
力された中間周波信号と第1の送信局部発振器14から
入力される第1の送信局部発振信号とを混合して、所定
の送信無線周波数を有する送信信号に周波数変換するア
ップコンバータ(U/C)7と、送信電力増幅器8とを
備える。ここで、位相・振幅補正部13−kは、送信ウ
エイト演算回路30から入力される送信ウエイト
1 TX,W2 TX,…,WN TXに基づいて、それらに対応し
た各位相と振幅を有するように各ベースバンド送信信号
TXの位相と振幅を補正して、補正後のベースバンド送
信信号Sk TXを直交変調回路6−kに出力する。
Next, with reference to FIG. 1, the transmission section of the acquisition and tracking device will be described. The transmission unit includes N transmission modules TM-1 to TM-N, a first transmission local oscillator 14, a second transmission local oscillator 10, and N quadrature modulation circuits 6-1 to 6-N And the phase / amplitude correction unit 13-
1 to 13 -N and an in-phase distributor 9. here,
Each of the transmission modules TM-1 to TM-N mixes the input intermediate frequency signal and the first transmission local oscillation signal input from the first transmission local oscillator 14, and sets a predetermined transmission radio frequency. An up-converter (U / C) 7 for frequency-converting the transmission signal into a transmission signal and a transmission power amplifier 8 are provided. Here, based on the transmission weights W 1 TX , W 2 TX ,..., W N TX input from the transmission weight calculation circuit 30, the phase / amplitude correction unit 13-k calculates the respective phases and amplitudes corresponding thereto. a way to correct the phase and amplitude of each baseband transmission signal S TX, and outputs the baseband transmit signal S k TX corrected to quadrature modulation circuit 6-k.

【0017】送信データである送信ベースバンド信号S
TXは同相分配器9に入力された後、同相分配されて、分
配後の各送信ベースバンド信号STXは、各位相・振幅補
正部13−1乃至13−Nによって、送信ウエイトW1
TX,W2 TX,…,WN TXに対応した各振幅及び位相を有す
るように振幅と位相とが補正されて、補正後のベースバ
ンド送信信号Sk TXが直交変調回路6−kに入力され
る。直交変調回路6−kは、第2の送信局部発振器10
で発生された第2の送信局部発振信号を位相・振幅補正
部13−kから入力された送信ベースバンド信号Sk TX
に従って、例えばQPSKなどの直交変調した後、直交
変調後の中間周波信号を、送信モジュールTM−k内の
アップコンバータ7と送信電力増幅器8とを介して、送
信無線信号として、アレーアンテナ1内のサーキュレー
タCI−kに入力する。ここで、直交変調器6−kは入
力される送信ベースバンド信号Sk TXをシリアル/パラ
レル変換して送信直交ベースバンド信号に変換した後、
当該送信直交ベースバンド信号に従って互いに90°の
位相差を有する第2の送信局部発振信号を直交変調して
合成することにより上記中間周波信号を得る。そして、
上記送信無線信号がアンテナ素子A1から送信放射され
る。従って、アンテナ素子A1乃至ANから送信ウエイ
トW1 TX,W2 TX,…,WN TXで重み付けされた送信信号
が放射される。なお、第1の実施形態においては、各ア
ンテナ素子Akから送信される送信信号は、詳細後述す
るように、送信ウエイトW1 TX,W2 TX,…,WN TXで重
み付けされていて、かつ所定の振幅で送信される。
The transmission baseband signal S which is transmission data
The TX is input to the in-phase distributor 9 and then distributed in-phase. The distributed transmission baseband signals S TX are transmitted by the respective phase / amplitude correction units 13-1 to 13-N to transmit weights W 1.
The amplitude and phase are corrected so as to have respective amplitudes and phases corresponding to TX , W 2 TX ,..., W N TX , and the corrected baseband transmission signal S k TX is input to the quadrature modulation circuit 6-k. Is done. The quadrature modulation circuit 6-k includes a second transmission local oscillator 10
Is converted to the transmission baseband signal S k TX input from the phase / amplitude correction unit 13-k.
After performing quadrature modulation such as QPSK, the intermediate frequency signal after quadrature modulation is transmitted as a transmission radio signal via the up-converter 7 and transmission power amplifier 8 in the transmission module TM-k, and Input to the circulator CI-k. Here, the quadrature modulator 6-k converts the input transmission baseband signal S k TX into a transmission quadrature baseband signal by serial / parallel conversion,
The intermediate frequency signal is obtained by orthogonally modulating and combining second transmission local oscillation signals having a phase difference of 90 ° with each other according to the transmission quadrature baseband signal. And
The transmission radio signal is transmitted and radiated from the antenna element A1. Therefore, the transmission signals weighted by the transmission weights W 1 TX , W 2 TX ,..., W N TX are radiated from the antenna elements A1 to AN. In the first embodiment, the transmission signals transmitted from the respective antenna elements Ak are weighted by transmission weights W 1 TX , W 2 TX ,..., W N TX as described in detail later, and It is transmitted at a predetermined amplitude.

【0018】第1の実施形態においては、例えばN=1
6個のアンテナ素子A1乃至A16が等間隔で1直線上
に並置される。上記間隔は上述のように、送信信号の半
波長、受信信号の半波長又はそれらの平均値の半波長に
設定される。また、アンテナ素子A1乃至ANは例え
ば、円形パッチマイクロストリップアンテナである。
In the first embodiment, for example, N = 1
Six antenna elements A1 to A16 are juxtaposed on a straight line at equal intervals. As described above, the interval is set to a half wavelength of the transmission signal, a half wavelength of the reception signal, or a half wavelength of an average value thereof. The antenna elements A1 to AN are, for example, circular patch microstrip antennas.

【0019】図2は、最大比合成回路4における信号処
理を示すブロック図である。第1の実施形態の最大比合
成回路4における信号処理においては、各アンテナ素子
A1乃至AN毎にA/D変換されて準同期検波されたI
成分及びQ成分よりなる直交ベースバンド信号に対して
行う。ここで、アレーアンテナ1のアンテナ素子数をN
とすると、位相基準となるアンテナ素子Arと、上記ア
ンテナ素子Arを含む任意のアンテナ素子Ak(1≦r
≦N,1≦k≦N)におけるベースバンド信号Sr,Sk
は、複素数で表現するとそれぞれ次のようになる。ここ
で、ベースバンド信号Srを基準ベースバンド信号とい
い、ベースバンド信号Skを処理ベースバンド信号とい
う。なお、位相基準となるアンテナ素子(以下、これを
アンテナ素子Arという。)はN個のアンテナ素子のう
ちの予め決められた1つである。処理ベースバンド信号
kを受信したアンテナ素子を処理アンテナ素子Akと
いう。
FIG. 2 is a block diagram showing signal processing in the maximum ratio combining circuit 4. In the signal processing in the maximum ratio combining circuit 4 according to the first embodiment, I / O conversion and quasi-synchronous detection are performed for each of the antenna elements A1 to AN.
This is performed on a quadrature baseband signal composed of a component and a Q component. Here, the number of antenna elements of the array antenna 1 is N
Then, an antenna element Ar serving as a phase reference and an arbitrary antenna element Ak (1 ≦ r) including the antenna element Ar
≤N, 1≤k≤N) baseband signals S r , S k
Are expressed as complex numbers, respectively. Here, it referred to as the reference base band signal of the base band signal S r, the base band signal S k that the processing baseband signal. The antenna element serving as a phase reference (hereinafter referred to as antenna element Ar) is a predetermined one of the N antenna elements. The antenna element receiving the processed baseband signal S k as processing antenna element Ak.

【0020】[0020]

【数1】 Sr =Ir+j・Qr =√(Ir 2+Qr 2)exp(jφ0S r = I r + j · Q r = √ (I r 2 + Q r 2 ) exp (jφ 0 )

【数2】 Sk =Ik+j・Qk =√(Ik 2+Qk 2)exp{j(φ0−θk)}S k = I k + j · Q k = {(I k 2 + Q k 2 ) exp {j (φ 0 −θ k )}

【0021】ここで、φ0は基準のアンテナ素子Arの
ベースバンド信号の位相、θkは基準のアンテナ素子A
rの受信信号とアンテナ素子Akの受信信号との間の位
相差である。各アンテナ素子Akに対する受信ウエイト
k RXは、各2つの直交ベースバンド信号に基づいて、
基準のアンテナ素子Arで受信された基準ベースバンド
信号Srと、アンテナ素子Akで受信された処理ベース
バンド信号Skの共役複素数との複素共役積で表すこと
ができる。すなわち、各アンテナ素子Akに対する受信
ウエイトWk RXは、次の数3のように表わすことができ
る。
Here, φ 0 is the phase of the baseband signal of the reference antenna element Ar, and θ k is the reference antenna element A.
This is the phase difference between the received signal of r and the received signal of antenna element Ak. The reception weight W k RX for each antenna element Ak is based on each two orthogonal baseband signals,
And reference baseband signal S r received by the antenna elements Ar criteria can be represented by the complex conjugate product of the complex conjugate of the baseband signal processing S k received by the antenna element Ak. That is, the reception weight W k RX for each antenna element Ak can be expressed as in the following Expression 3.

【0022】[0022]

【数3】 Wk RX =Sr・Sk* =|Sr||Sk|exp[j{φ0−(φ0−θk)}] =|Sr||Sk|exp(jθkW k RX = S r · S k * = | S r || S k | exp [j {φ 0 − (φ 0 −θ k )}] = | S r || S k | exp ( jθ k )

【0023】ここで、数3における|・|は信号の振幅
であり、*は共役複素数であることを表している。数3
から明らかなように、θkは基準のアンテナ素子Arの
受信信号と各アンテナ素子Akの受信信号との間の位相
差であると同時に、受信ウエイトWk RXの位相である。
数3で与えられる各アンテナ素子Akに対する受信ウエ
イトWk RXを当該アンテナ素子Akで受信された処理ベ
ースバンド信号Skに掛け合わせる。これによって、各
処理ベースバンド信号Skは、基準アンテナ素子Arで
受信された基準ベースバンド信号Srに同相化される。
これを全てのアンテナ素子A1乃至ANに対して演算
し、それらの総和(W1 RX1+W2 RX2+…+W
N RXN)を演算する。すなわち、処理ベースバンド信号
kと、処理ベースバンド信号Skの振幅に比例した大き
さで、かつ基準のアンテナ素子Arの基準ベースバンド
信号Srの位相に同相化するための受信ウエイトWk RX
を乗算して、その乗算結果を合成する。このようにし
て、フィードバックループを持たない形でのエレメント
スペースによる最大比合成を実現している。なお、実際
の通信では、雑音などの影響でビームが不安定になるの
を防ぐため、数3で表される受信ウエイトWk RXの実部
及び虚部を、狭帯域な低域通過フィルタ42−kで低域
ろ波して用いる。
Here, | · | in Equation 3 represents the amplitude of the signal, and * represents a conjugate complex number. Number 3
As is clear from the above, θ k is the phase difference between the received signal of the reference antenna element Ar and the received signal of each antenna element Ak, and is the phase of the received weight W k RX .
The reception weight W k RX for each antenna element Ak given by Equation 3 is multiplied by the processed baseband signal S k received by the antenna element Ak. Thus, the baseband signal processing S k is in phase with the reference antenna element Ar reference baseband signal S r received by.
This is calculated for all the antenna elements A1 to AN, and their sum (W 1 RX S 1 + W 2 RX S 2 +... + W
N RX S N ). That is, a baseband signal processing S k, processing the baseband signal S k of a size proportional to the amplitude, and the reference antenna element reception weight W k to phase with the phase of the reference baseband signal S r of Ar RX is multiplied, and the result of the multiplication is synthesized. In this way, the maximum ratio combining by the element space without the feedback loop is realized. In actual communication, in order to prevent the beam from becoming unstable due to the influence of noise or the like, the real part and the imaginary part of the reception weight W k RX expressed by Expression 3 are converted to a narrow band low-pass filter 42. Use low-frequency filtering at -k.

【0024】さらに、上記演算された総和(W1 RX1
2 RX2+…+WN RXN)を、全てのアンテナ素子A1
乃至ANについての各受信ウエイトWk RXの大きさの2
乗の総和(│W1 RX2+│W2 RX2+…+│WN RX2
の平方根{√(│W1 RX2+│W2 RX2+…+│WN RX
2)}で割ることにより、規格化された最大比合成出
力信号SRXが得られる。すなわち、規格化された最大比
合成出力信号SRXは、次の数4のように表される。
Further, the calculated sum (W 1 RX S 1 +
W 2 RX S 2 +... + W N RX S N ) to all antenna elements A1
2 for the size of each reception weight W k RX for AN
Th power of the sum (│W 1 RX │ 2 + │W 2 RX │ 2 + ... + │W N RX │ 2)
Square root {√ (│W 1 RX │ 2 + │W 2 RX │ 2 + ... + │W N RX
| 2 ) By dividing by}, a standardized maximum ratio combined output signal S RX is obtained. That is, the standardized maximum ratio combined output signal S RX is expressed as in the following Expression 4.

【0025】[0025]

【数4】 (Equation 4)

【0026】上記規格化された最大比合成出力信号SRX
は、復調器5によって復調される。
The standardized maximum ratio combined output signal S RX
Is demodulated by the demodulator 5.

【0027】以上の説明した演算を実行する最大比合成
回路4の構成及び動作について図2を参照して説明す
る。以下の説明において、基準ベースバンド信号Sr
アンテナ素子A1で受信された基準ベースバンド信号S
1とする。最大比合成回路4において、基準ベースバン
ド信号S1は、複素共役積演算部41−1の2つの入力
端子を介して複素共役積演算部41−1に入力され、か
つ複素共役積演算部41−2乃至41−Nに入力され
る。処理ベースバンド信号Sk(k=2,3,…,N)
は、複素共役積演算部41−kに入力され、かつ遅延回
路43−kを介して乗算器44−kに入力される。
The configuration and operation of the maximum ratio combining circuit 4 for executing the above described operation will be described with reference to FIG. In the following description, the reference baseband signal Sr is the reference baseband signal Sr received by the antenna element A1.
Set to 1 . In maximum ratio combining circuit 4, the reference baseband signals S 1 via the two input terminals of the complex conjugate product calculating unit 41-1 is input to the complex conjugate product calculating unit 41-1, and the complex conjugate product calculating section 41 -2 to 41-N. Processed baseband signal S k (k = 2, 3,..., N)
Is input to the complex conjugate product operation unit 41-k, and is input to the multiplier 44-k via the delay circuit 43-k.

【0028】複素共役積演算部41−1は、入力される
2つの基準ベースバンド信号S1に基づいて、基準ベー
スバンド信号S1と基準ベースバンド信号S1の複素共役
との積である複素共役積S1・S1*を演算して、複素共
役積S1・S1*である受信ウエイトW1 RXを低域通過フ
ィルタ42−1を介して乗算器44−1と複素共役積演
算部46−1と送信ウエイト演算回路30とに出力す
る。ここで、低域通過フィルタ42−1は、FIRフィ
ルタ又はIIRフィルタなどのディジタルフィルタで構
成され、遮断周波数未満の周波数を有する信号を通過さ
せ、これによって、実際の通信における、受信機雑音や
変調成分、帯域制限などによる同相化の誤差や振幅変動
に応じて最大比合成のウエイトの誤差が大きくなること
を防止する。また、遅延回路43−1は、複素共役積演
算部41−1における演算時間及び低域通過フィルタ4
2−1による遅延を考慮して、乗算器44−1に入力さ
れる2つの信号の遅延時間が等しくなるように、入力さ
れる基準ベースバンド信号S1を遅延して、乗算器44
−1に出力する。乗算器44−1は、入力される受信ウ
エイトW1 RXと基準ベースバンド信号S1とを乗算して、
乗算結果W1 RX1を加算器45に出力する。
The complex conjugate product calculating unit 41-1, based on the two reference baseband signals S 1 inputted, which is the product of the complex conjugate of the reference baseband signals S 1 and the reference baseband signals S 1 complex The conjugate product S 1 · S 1 * is calculated, and the reception weight W 1 RX , which is the complex conjugate product S 1 · S 1 *, is calculated by the multiplier 44-1 via the low-pass filter 42-1. The signal is output to the section 46-1 and the transmission weight calculation circuit 30. Here, the low-pass filter 42-1 is configured by a digital filter such as an FIR filter or an IIR filter, and allows a signal having a frequency lower than a cutoff frequency to pass therethrough. It is possible to prevent an error in the weight of the maximum ratio combination from increasing in accordance with an in-phase error due to a component or band limitation or an amplitude fluctuation. Further, the delay circuit 43-1 calculates the operation time and the low-pass filter 4 in the complex conjugate product operation unit 41-1.
2-1 in consideration of by delay, so that the delay times of the two signals are equal input to the multiplier 44-1, delays the reference baseband signals S 1 inputted, the multiplier 44
Output to -1. The multiplier 44-1 multiplies the received reception weight W 1 RX and the reference baseband signal S 1 by
The multiplication result W 1 RX S 1 is output to the adder 45.

【0029】複素共役積演算部41−2は、入力される
基準ベースバンド信号S1と処理ベースバンド信号S2
複素共役との積である複素演算積S1・S2*を演算し
て、複素演算積S1・S2*である受信ウエイトW2 RX
低域通過フィルタ42−2を介して乗算器44−2と複
素共役積演算部46−2と送信ウエイト演算回路30と
に出力する。ここで、低域通過フィルタ42−2は、低
域通過フィルタ42−1と同様、FIRフィルタ又はI
IRフィルタなどのディジタルフィルタで構成され、遮
断周波数未満の周波数を有する信号を通過させ、これに
よって、実際の通信における、受信機雑音や変調成分、
帯域制限などによる同相化の誤差や振幅変動に応じて最
大比合成のウエイトの誤差が大きくなることを防止す
る。また、遅延回路43−2は、複素共役積演算部41
−2における演算時間及び低域通過フィルタ42−2に
よる遅延を考慮して、乗算器44−2に入力される2つ
の信号の遅延時間が等しくなるように、入力される処理
ベースバンド信号S2を遅延して、乗算器44−2に出
力する。乗算器44−2は、入力される受信ウエイトW
2 RXと処理ベースバンド信号S2とを乗算して、乗算結果
2 RX2を加算器45に出力する。
The complex conjugate product operation unit 41-2 calculates a complex operation product S 1 · S 2 * which is a product of the input reference baseband signal S 1 and the complex conjugate of the processed base band signal S 2. , The complex operation product S 1 · S 2 *, the reception weight W 2 RX is passed through the low-pass filter 42-2 to the multiplier 44-2, the complex conjugate product operation unit 46-2, and the transmission weight operation circuit 30. Output. Here, the low-pass filter 42-2 is, like the low-pass filter 42-1, an FIR filter or an IIR filter.
It is composed of a digital filter such as an IR filter, and passes a signal having a frequency lower than a cutoff frequency, whereby a receiver noise, a modulation component,
It is possible to prevent the weight error of the maximum ratio combination from increasing due to the in-phase error due to the band limitation or the amplitude fluctuation. Further, the delay circuit 43-2 includes a complex conjugate product operation unit 41.
In consideration of the operation time at −2 and the delay caused by the low-pass filter 42-2, the processing baseband signal S 2 input so that the delay times of the two signals input to the multiplier 44-2 become equal. Is output to the multiplier 44-2. The multiplier 44-2 outputs the received reception weight W
2 RX is multiplied by the processing baseband signal S 2, and the multiplication result W 2 RX S 2 is output to the adder 45.

【0030】複素共役積演算部41−k(k=3,4,
…,N)は、入力される基準ベースバンド信号S1と処
理ベースバンド信号Skの複素共役との積である複素演
算積S1・Sk*を演算して、複素演算積S1・Sk*であ
る受信ウエイトWk RXを低域通過フィルタ42−kを介
して乗算器44−kと複素共役積演算部46−kと送信
ウエイト演算回路30とに出力する。ここで、低域通過
フィルタ42−kは、低域通過フィルタ42−1,42
−2と同様、FIRフィルタ又はIIRフィルタなどの
ディジタルフィルタで構成され、遮断周波数未満の周波
数を有する信号を通過させ、これによって、実際の通信
における、受信機雑音や変調成分、帯域制限などによる
同相化の誤差や振幅変動に応じて最大比合成における受
信ウエイトの誤差が大きくなることを防止する。また、
遅延回路43−kは、複素共役積演算部41−kにおけ
る演算時間及び低域通過フィルタ42−kによる遅延を
考慮して、乗算器44−kに入力される2つの信号の遅
延時間が等しくなるように、入力される処理ベースバン
ド信号Skを遅延して、乗算器44−kに出力する。乗
算器44−kは、入力される受信ウエイトWk RXと処理
ベースバンド信号Skとを乗算して、乗算結果Wk RXk
を加算器45に出力する。
The complex conjugate product operation unit 41-k (k = 3, 4,
.., N) calculates a complex operation product S 1 · S k *, which is a product of the input reference baseband signal S 1 and the complex conjugate of the processed base band signal S k , to obtain a complex operation product S 1 · S The reception weight W k RX , which is S k *, is output to the multiplier 44-k, the complex conjugate product operation unit 46-k, and the transmission weight operation circuit 30 via the low-pass filter 42-k. Here, the low-pass filter 42-k includes the low-pass filters 42-1, 42.
Like -2, it is composed of a digital filter such as an FIR filter or an IIR filter, and passes a signal having a frequency lower than the cut-off frequency. It is possible to prevent the error of the reception weight in the maximum ratio combining from becoming large according to the error of the conversion and the amplitude fluctuation. Also,
The delay circuit 43-k takes into account the operation time in the complex conjugate product operation unit 41-k and the delay caused by the low-pass filter 42-k, and the delay times of the two signals input to the multiplier 44-k are equal. Thus, the input processing baseband signal Sk is delayed and output to the multiplier 44-k. The multiplier 44-k multiplies the input reception weight W k RX by the processing baseband signal S k and obtains a multiplication result W k RX S k
Is output to the adder 45.

【0031】加算器45は、入力されるN個の乗算結果
1 RX1乃至WN RXNを加算して加算結果(W1 RX1
2 RX2+…+WN RXN)を出力する。複素共役積演算
部46−k(k=1,2,…,N)は、入力される受信
ウエイトWk RXに基づいて、受信ウエイトWk RXと受信ウ
エイトWk RXの複素共役との積である受信ウエイト2乗
積│Wk RX2を演算して加算器47に出力する。加算器
47は、入力されるN個の受信ウエイト2乗積│Wk RX
2を加算して、加算結果(│W1 RX2+│W2 RX2
…+│WN RX2)を平方根演算部48に出力する。平方
根演算部48は、入力される加算結果(│W1 RX2+│
2 RX2+…+│WN RX2)の平方根{√(│W1 RX2
+│W2 RX2+…+│WN RX2)}を演算して、除算器
49に出力する。除算器49は、入力される加算結果
(W1 RX1+W2 RX2+…+WN RXN)を平方根{√
(│W1 RX2+│W2 RX2+…+│WN RX2)}で除算
して、除算結果である最大比合成出力信号SRXを復調器
5に出力する。
The adder 45 adds the input N multiplication results W 1 RX S 1 to W N RX SN and adds the result (W 1 RX S 1 +
W 2 RX S 2 + ... + W N RX S N) to output. The complex conjugate product operation unit 46-k (k = 1, 2,..., N) calculates the product of the reception weight W k RX and the complex conjugate of the reception weight W k RX based on the input reception weight W k RX. and it calculates the receiving weight 2 multiplied │W k RX2 to the adder 47 is. The adder 47 receives N received weight squared products | W k RX
2 by adding the addition result (│W 1 RX │ 2 + │W 2 RX │ 2 +
... + │W N RX2 ) are output to the square root calculator 48. Square-root calculation unit 48 adds the input result (│W 1 RX2 + │
Square root of W 2 RX2 + ... + │W N RX2 ) {√ (│W 1 RX2
+ │W 2 RX │ 2 + ... + │W N RX │ 2)} calculates and outputs to the divider 49. The divider 49 calculates the input addition result (W 1 RX S 1 + W 2 RX S 2 +... + W N RX S N ) by the square root
(│W 1 RX │ 2 + │W 2 RX │ 2 + ... + │W N RX │ 2) is divided by}, and outputs a maximum ratio combined output signal S RX is a division result to the demodulator 5.

【0032】次に、最大比合成回路4によって演算され
た各アンテナ素子Akに対する受信ウエイトWk RXを用
いて送信ウエイトWk TXを演算して送信ビームを形成す
る方法について説明する。例えば、TDD(Time
Division Duplex)方式等のように、送
信信号の周波数と受信信号の周波数とが等しい場合、ア
ンテナ素子Akで受信された各受信信号を最大比合成す
るための受信ウエイトをそのまま用いて送信することに
より、受信電力が最大の受信波とマルチパス方向にそれ
ぞれ送信ビームを形成し、ダイバーシチ送信系を構成す
ることができる。ところが、送信信号の周波数と受信信
号の周波数とが異なる場合は、パス間の位相関係が送信
と受信とで違ってくるため、マルチパス方向への送信を
抑える必要がある。そこで、第1の実施形態では、上記
アレーアンテナ1に対する各受信ウエイトWk RXに基づ
いて、以下のようにして送信ウエイトWk TXを演算し
て、受信電力が最大の受信波の到来方向に単一の送信信
号の主ビームを形成するようにした。
Next, a method of forming a transmission beam by calculating a transmission weight W k TX using the reception weight W k RX for each antenna element Ak calculated by the maximum ratio combining circuit 4 will be described. For example, TDD (Time
When the frequency of the transmission signal is equal to the frequency of the reception signal as in the case of the Division Duplex method or the like, the reception weight for combining the reception signals received by the antenna element Ak at the maximum ratio is transmitted by using the reception weight as it is. In addition, a transmission beam is formed in the reception wave having the maximum reception power and in the multipath direction, thereby forming a diversity transmission system. However, when the frequency of the transmission signal is different from the frequency of the reception signal, the phase relationship between paths differs between transmission and reception, so that transmission in the multipath direction needs to be suppressed. Therefore, in the first embodiment, based on each reception weight W k RX for the array antenna 1, a transmission weight W k TX is calculated as follows, and the reception weight W k TX is calculated in the direction of arrival of the reception wave having the maximum reception power. The main beam of a single transmission signal is formed.

【0033】まず、アンテナ素子Akごとの受信ウエイ
トWk RXの位相を考察する。各アンテナ素子Akに対す
る受信ウエイトWk RXと基準のアンテナ素子A1の受信
ウエイトW1 RXの間の位相差θk−θ1は、一般的には、
互いに隣接するアンテナ素子A(i+1),Ai間の各
2つの受信ウエイトの位相差△θi(=θi+1−θi)の
総和を演算することよって求めることができ、次の数5
のように表される。
First, the phase of the reception weight W k RX for each antenna element Ak will be considered. Phase difference theta k - [theta] 1 between the reception weight W 1 RX reception weight W k RX and the reference antenna element A1 for each antenna element Ak is generally
It can be obtained by calculating the sum of the phase differences △ θ i (= θ i + 1 −θ i ) of the two reception weights between the mutually adjacent antenna elements A (i + 1) and Ai.
It is represented as

【0034】[0034]

【数5】 (Equation 5)

【0035】ここで、arg{}は、{}内の複素数W
i+1 RX・(Wi RX)*の角度を表し、−πからπまでの範
囲で示されるものとする。従って、マルチパスなどの影
響により、隣接するアンテナ素子A(i+1),Ai間
の位相差△θiが、△θi>+πの場合又は△θi<−π
の場合には、数5を用いた方法では、位相差△θiが−
πからπまでの範囲の値として演算されるので、それら
の総和を演算することによって演算される位相差θk
θ1を正確に求めることが出来ない場合がある。そこ
で、これを防ぐため、第1の実施形態では基準のアンテ
ナ素子A1と基準のアンテナ素子A1に隣接する隣接ア
ンテナ素子A2との間の位相差△θ1(以下、基準位相
差と呼ぶ。)を用いて、次の数6に従って、(△θi
△θ1)の総和を演算し、当該総和と(k−1)△θ1
を加算することによりθk−θ1を求めることとした。
Here, arg {} is a complex number W in {}
It represents the angle of i + 1 RX · (W i RX ) * and is indicated in the range from −π to π. Thus, the influence of multipath, adjacent antenna elements A (i + 1), the phase difference △ theta i between Ai is or in the case of △ θ i> + π △ θ i <-π
In the case of, the phase difference Δθ i is −
Since it is calculated as a value in the range from π to π, the phase difference θ k
In some cases, θ 1 cannot be determined accurately. Therefore, in order to prevent this, in the first embodiment, the phase difference Δθ 1 between the reference antenna element A1 and the adjacent antenna element A2 adjacent to the reference antenna element A1 (hereinafter, referred to as a reference phase difference). And (に 従 っ θ i
△ theta 1) the sum calculated of, was to seek theta k - [theta] 1 by adding with the sum of the (k-1) △ θ 1 .

【0036】[0036]

【数6】 (Equation 6)

【0037】すなわち、第1の実施形態のアレーアンテ
ナ1は、N個のアンテナ素子Akが等間隔で配列されて
いるので、互いに隣接するアンテナ素子A(i+1),
Aiにそれぞれ対応する受信ウエイトWi+1 RX,Wi RX
間の位相差△θiは、マルチパスの影響を受けたとして
も、基準位相差△θ1と大きく異なることはないと考え
られる。従って、数6における(△θi−△θ1)は、+
π>(△θi−△θ1)>−πを常に満足すると考えられ
る。これによって、数6を用いることにより、各アンテ
ナ素子Akと基準アンテナ素子A1との間の受信ウエイ
トの位相差θk−θ1が、総和を演算する計算の途中で−
πあるいはπで、いわゆる折り返えされることなく、一
意的に得られる。従って、第1の実施形態では、各アン
テナ素子Akに対する受信ウエイトWk RXの位相差θk
θ1を数6を用いて演算するように構成した。
That is, in the array antenna 1 of the first embodiment, since N antenna elements Ak are arranged at equal intervals, the adjacent antenna elements A (i + 1),
Phase difference △ theta i between the reception weight W i + 1 RX, W i RX respectively corresponding to Ai, even influenced by multipath, considered significantly different from and without reference phase difference △ theta 1 Can be Therefore, (△ θ i − △ θ 1 ) in Equation 6 is +
It is considered that π> (△ θ i − △ θ 1 )> − π is always satisfied. Accordingly, by using Equation 6, the phase difference θ k −θ 1 of the reception weight between each antenna element Ak and the reference antenna element A1 can be calculated during the calculation for calculating the sum by −
With π or π, it is obtained uniquely without so-called aliasing. Therefore, in the first embodiment, the phase difference θ k − of the reception weight W k RX with respect to each antenna element Ak.
It was configured to calculate θ 1 using Equation 6.

【0038】すなわち、第1の実施形態では、 (1)基準のアンテナ素子A1に隣接するアンテナ素子
A2に対応する受信ウエイトW2 RXと、基準のアンテナ
素子A1に対応する受信ウエイトW1 RXの共役複素数と
の複素共役積{W2 RX・(W1 RX)*}に基づいて、上記基準の
アンテナ素子A1に隣接するアンテナ素子A2で受信さ
れた処理ベースバンド信号S2と、基準のアンテナ素子
A1で受信された基準ベースバンド信号S1との間の基
準位相差△θ1を演算する。 (2)次に、各受信ウエイトWi RXのうち、互いに隣接
するアンテナ素子に対応する2つの受信ウエイト
i RX,Wi+1 RXに基づいて、当該2つの受信ウエイトW
i RX,Wi+1 RXのうちの一方の受信ウエイトWi+1 RXと、
他方の受信ウエイトWi RXの共役複素数との複素共役積
{Wi+1 RX・(Wi RX)*}を演算する。 (3)そして、当該複素共役積{Wi+1 RX・(Wi RX)*}と、
複素共役積{W2 RX・(W1 RX)*}の共役複素数との複素共役
積[{Wi+1 RX・(Wi RX)*}・{W2 RX・(W1 RX)*}*]を演算し
て、当該複素共役積[{Wi+1 RX・(Wi RX)*}・{W2 RX・(W1
RX)*}*]に基づいて、互いに隣接するアンテナ素子A
i,A(i+1)で受信された処理ベースバンド信号S
i,Si+1の間の位相差Δθiと、上記基準位相差Δθ1
の差(△θi−△θ1)を演算する。 (4)次に、基準位相差Δθ1と差(△θi−△θ1)と
に基づいて、アンテナ素子Akで受信された処理ベース
バンド信号Skと、基準のアンテナ素子A1で受信され
た基準ベースバンド信号S1との間の位相差(θk
θ1)を演算する。
That is, in the first embodiment, (1) the reception weight W 2 RX corresponding to the antenna element A2 adjacent to the reference antenna element A1 and the reception weight W 1 RX corresponding to the reference antenna element A1 Based on the complex conjugate product {W 2 RX · (W 1 RX ) *} with the conjugate complex number, the processing baseband signal S 2 received by the antenna element A2 adjacent to the reference antenna element A1 and the reference antenna The reference phase difference Δθ 1 between the reference baseband signal S 1 and the reference baseband signal S 1 received by the element A1 is calculated. (2) Next, among the reception weight W i RX, two reception weight W i RX corresponding to the antenna elements adjacent to each other, based on W i + 1 RX, the two receiving weight W
i RX, and the reception weight W i + 1 RX one of the W i + 1 RX,
Complex conjugate product with conjugate complex number of the other reception weight W i RX
Calculate {W i + 1 RX · (W i RX ) *}. (3) And the complex conjugate product {W i + 1 RX · (W i RX ) *},
Complex conjugate product of the complex conjugate product {W 2 RX · (W 1 RX ) *} with the conjugate complex number [{ Wi + 1 RX · ( Wi RX ) *} · {W 2 RX · (W 1 RX ) * } *] To calculate the complex conjugate product [{W i + 1 RX · (W i RX ) *} · {W 2 RX · (W 1
RX ) *} *], the antenna elements A adjacent to each other
i, the processed baseband signal S received at A (i + 1)
The difference (△ θ i- △ θ 1 ) between the phase difference Δθ i between i and S i + 1 and the reference phase difference Δθ 1 is calculated. (4) Next, based on the reference phase difference Δθ 1 and the difference (△ θ i- △ θ 1 ), the processing baseband signal S k received by the antenna element Ak and the reception base band signal S k received by the reference antenna element A 1 the phase difference between the reference baseband signals S 1 and (theta k -
θ 1 ).

【0039】このようにして得られる位相差θk−θ1
δθkの位相分布は、マルチパス波が入射する場合に
は、一般に、図5に示すように、まっすぐな直線とはな
らない。そこで、最大の受信電力を有する受信波の到来
方向のみに単一の送信信号の主ビームを形成するため
に、最小2乗法により位相分布を直線に回帰するように
した。すなわち、図5に示すように、4つのアンテナ素
子A1乃至A4からなるアレーアンテナ1について説明
すると、各アンテナ素子Akの配置に対応し、かつ位相
平面上で1直線上に位置する最小2乗回帰位相差δθ1
LSR,δθ2 LSR,δθ3 LSR,δθ4 LSRを、2乗和δθ2
(δθ1−δθ1 LSR2+(δθ2−δθ2 LSR2+(δθ
3−δθ3 LSR2+(δθ4−δθ4 LSR2が最小になるよ
うに演算する。これによって、アンテナ素子Akの各位
相差θk−θ1=δθkを、各アンテナ素子Akで受信さ
れた最大受信波に対して等位相の1次回帰平面に回帰さ
せて1次回帰平面を演算して、当該1次回帰平面から隣
接するアンテナ素子間の最小2乗回帰後の位相差△θ
LSR(=δθi+1 LSR−δθi LSR)を演算する。ここで、
直接波が到来する場合には、一般的に直接波が最大受信
波となる。従って、図5においては、最大受信波として
直接波を用いて示している。しかしながら、直接波が到
来しない環境では、直接波に代えて、受信される信号の
うち、最大の電力を有する最大受信波を用いることにな
る。また、図5においては、4つのアンテナ素子A1乃
至A4からなるアレーアンテナ1について説明したが、
4つ以上の場合についても同様に説明することができ
る。
The thus obtained phase difference θ k1 =
When a multipath wave is incident, the phase distribution of δθ k generally does not become a straight line as shown in FIG. Therefore, in order to form a main beam of a single transmission signal only in the direction of arrival of the received wave having the maximum received power, the phase distribution is returned to a straight line by the least squares method. That is, as shown in FIG. 5, an array antenna 1 composed of four antenna elements A1 to A4 will be described. Least square regression corresponding to the arrangement of each antenna element Ak and located on one straight line on the phase plane Phase difference δθ 1
LSR , δθ 2 LSR , δθ 3 LSR , δθ 4 LSR are calculated by sum of squares δθ 2 =
(Δθ 1 −δθ 1 LSR ) 2 + (δθ 2 −δθ 2 LSR ) 2 + (δθ
The calculation is performed so that 3 −δθ 3 LSR ) 2 + (δθ 4 −δθ 4 LSR ) 2 becomes minimum. As a result, each phase difference θ k −θ 1 = δθ k of the antenna element Ak is regressed to a first-order regression plane having the same phase with respect to the maximum reception wave received by each antenna element Ak to calculate a first-order regression plane. Then, the phase difference Δθ after the least squares regression between adjacent antenna elements from the primary regression plane
Calculate LSR (= δθ i + 1 LSR −δθ i LSR ). here,
When a direct wave arrives, the direct wave generally becomes the maximum received wave. Therefore, in FIG. 5, a direct wave is used as the maximum received wave. However, in an environment where a direct wave does not arrive, a maximum received wave having the highest power among received signals is used instead of the direct wave. In FIG. 5, the array antenna 1 including the four antenna elements A1 to A4 has been described.
The same applies to four or more cases.

【0040】この場合において、基準位相差△θ1自体
が、マルチパスなどの影響で−πあるいはπで折り返し
を受けていると、最小2乗法によって回帰された直線か
ら演算される、隣接するアンテナ素子間の最小2乗回帰
後の位相差△θLSR(=δθi+1 LSR−δθi LSR)も上記
位相の折り返しを受けた値となる。そこで、最大受信波
の到来方向は、−90°から90°までの範囲内である
と考え、送信ビームの向きも−90°から90°までの
範囲内となるように、上記回帰によって得られた最小2
乗回帰後の位相差△θLSRを−π<△θ≦πの範囲に変
換する位相補正処理を実行する。
In this case, if the reference phase difference Δθ 1 itself has been turned back at −π or π due to the influence of multipath or the like, the adjacent antenna calculated from the straight line regressed by the least square method is used. The phase difference △ θ LSR (= δθ i + 1 LSR −δθ i LSR ) after the least-squares regression between the elements is also a value obtained by folding the phase. Therefore, the direction of arrival of the maximum received wave is considered to be within the range from -90 ° to 90 °, and the direction of the transmission beam is also obtained by the above regression so as to be within the range from -90 ° to 90 °. Minimum 2
A phase correction process for converting the phase difference Δθ LSR after the power regression into a range of −π <Δθ ≦ π is executed.

【0041】すなわち、図4のフローチャートに示すよ
うに、ステップS1で最小2乗回帰後の位相差△θLSR
が入力されたかどうかを判断して、入力された場合には
ステップS2に進み、入力されていない場合にはステッ
プS1を繰り返す。ステップS2で、−π<ΔθLSR
πであるか否かを判断して、−π<ΔθLSR≦πである
場合には、ステップS6に進み、−π<ΔLSRθ≦πで
ない場合にはステップS3に進む。ステップS3でπ<
ΔθLSRであるか否かを判断して、π<ΔθLSRである場
合にはステップS4に進み、π<ΔθLSRでない場合に
はステップS5に進む。ステップS4では、(ΔθLSR
−2π)をΔθaに代入してステップS7に進み、ステ
ップS5では、(ΔθLSR+2π)をΔθaに代入して
ステップS7に進む。ステップS6では、ΔθLSRをΔ
θaに代入してステップS7に進む。ステップS7で、
Δθaを後述する乗算器303に出力する。
That is, as shown in the flowchart of FIG. 4, the phase difference Δθ LSR after the least squares regression in step S1.
It is determined whether or not has been input. If it has been input, the process proceeds to step S2, and if it has not been input, step S1 is repeated. In step S2, -π <Δθ LSR
It is determined whether or not π. If −π <Δθ LSR ≦ π, the process proceeds to step S6. If −π <Δ LSR θ ≦ π, the process proceeds to step S3. In step S3, π <
It is determined whether the [Delta] [theta] LSR, when a [pi <[Delta] [theta] LSR proceeds to step S4, and when not, [pi <[Delta] [theta] LSR proceeds to step S5. In step S4, (Δθ LSR
-2π) is substituted for Δθa, and the process proceeds to step S7. In step S5, (Δθ LSR + 2π) is substituted for Δθa, and the process proceeds to step S7. In step S6, Δθ LSR is set to Δ
Substitute for θa and proceed to step S7. In step S7,
Δθa is output to a multiplier 303 described later.

【0042】送信ビームを形成するための、各アンテナ
素子Akに対する送信ウエイトWk TXは、上記演算によ
って得られた隣接するアンテナ素子間の検出位相差△θ
aを用いて、次の数7で与えられる。
The transmission weight W k TX for each antenna element Ak for forming a transmission beam is the detected phase difference Δθ between adjacent antenna elements obtained by the above calculation.
It is given by the following equation 7 using a.

【0043】[0043]

【数7】Wk TX=ak・exp[j{(fT/fR)・(k
−1)△θa}]
W k TX = ak exp [j k (f T / f R ) · (k
-1) {θa}]

【0044】ここで、akは任意の励振分布、fTは送信
信号の送信周波数、fRは受信信号の受信周波数を表
す。数7で与えられる送信ウエイトWk TXの位相は、基
準のアンテナ素子A1としている。しかしながら、本発
明はこれに限らず、任意の位置、例えば、アレーアンテ
ナ1の中央の位置にすることも可能である。
Here, a k represents an arbitrary excitation distribution, f T represents a transmission frequency of a transmission signal, and f R represents a reception frequency of a reception signal. The phase of the transmission weight W k TX given by Expression 7 is the reference antenna element A1. However, the present invention is not limited to this, and may be at any position, for example, at the center of the array antenna 1.

【0045】なお、実際の通信では、位相・振幅補正部
13−kで同相分配されたベースバンド信号を上述のよ
うにして得られたアンテナ素子Akごとの送信ウエイト
k TXに基づいて位相補正をし、直交変調器6−kで共
通の第2の送信局部発振器10から入力される第2の送
信局部発振信号を用いて直交変調を行い、送信モジュー
ルTM−kで送信周波数である無線周波数に周波数変換
し、送受分離器であるサーキュレータCI−kを介して
各アンテナ素子Akから送信される。
In actual communication, the baseband signal distributed in phase by the phase / amplitude correction unit 13-k is phase corrected based on the transmission weight W k TX for each antenna element Ak obtained as described above. The quadrature modulator 6-k performs quadrature modulation using the second transmission local oscillation signal input from the common second transmission local oscillator 10, and the radio frequency, which is the transmission frequency, is transmitted by the transmission module TM-k. , And transmitted from each antenna element Ak via a circulator CI-k which is a transmission / reception separator.

【0046】以上の説明した演算を実行する送信ウエイ
ト演算回路30の構成及び動作について図3を参照して
説明する。送信ウエイト演算回路30は、複素共役積演
算部31−1乃至31−(N−1),32−1乃至32
−(N−2)と、位相差演算部33−1乃至33−(N
−1)と、加算器34−1乃至34−(N−2),35
−1乃至35−(N−2)と、最小2乗回帰処理部30
1と、位相補正部302と、乗算器303,36−1乃
至36−N,38−1乃至38−Nと、複素数演算部3
7−1乃至37−Nとからなる。
The configuration and operation of the transmission weight operation circuit 30 that executes the above-described operation will be described with reference to FIG. The transmission weight calculation circuit 30 includes complex conjugate product calculation units 31-1 to 31- (N-1) and 32-1 to 32.
− (N−2) and the phase difference calculation units 33-1 to 33- (N
-1) and adders 34-1 to 34- (N-2), 35
-1 to 35- (N-2) and the least square regression processing unit 30
1; a phase correction unit 302; multipliers 303, 36-1 to 36-N; 38-1 to 38-N;
7-1 to 37-N.

【0047】送信ウエイト演算回路30において、アン
テナ素子A1に対する受信ウエイトW1 RXは、複素共役
積演算部31−1に入力され、アンテナ素子A2に対す
る受信ウエイトW2 RXは、複素共役積演算部31−1と
複素共役積演算部31−2に入力される。アンテナ素子
A3に対する受信ウエイトW3 RXは、複素共役積演算部
31−2と複素共役積演算部31−3に入力され、同様
にアンテナ素子Ak(k=4,5,…,N)に対する受
信ウエイトWk RXは、複素共役積演算部31−(k−
1)と複素共役積演算部31−kとに入力される。
In the transmission weight operation circuit 30, the reception weight W 1 RX for the antenna element A1 is input to the complex conjugate product operation unit 31-1, and the reception weight W 2 RX for the antenna element A2 is input to the complex conjugate product operation unit 31-1. -1 and the complex conjugate product operation unit 31-2. The reception weight W 3 RX for the antenna element A3 is input to the complex conjugate product operation unit 31-2 and the complex conjugate product operation unit 31-3, and similarly received for the antenna element Ak (k = 4, 5,..., N). The weight W k RX is calculated by the complex conjugate product operation unit 31- (k−
1) and the complex conjugate product operation unit 31-k.

【0048】複素共役積演算部31−1は、入力される
受信ウエイトW1 RX,W2 RXとに基づいて、受信ウエイト
2 RXと受信ウエイトW1 RXの複素共役とを乗算して、乗
算結果である複素共役積W2 RX1 RX*を位相差演算部3
3−1と複素共役積演算部32−1乃至32−(N−
2)に出力する。位相差演算部33−1は、入力される
複素共役積W2 RX1 RX*に基づいて、基準のアンテナ素
子A1に対応する受信ウエイトW1 RXと、基準のアンテ
ナ素子A1に隣接するアンテナ素子A2に対応する受信
ウエイトW2 RXとの間の基準位相差Δθ1を演算して、加
算器34−1乃至34−(N−2)と加算器35−1及
び最小2乗回帰処理部301に出力する。
The complex conjugate product calculating unit 31-1, the receiving weight W 1 RX input, based on the W 2 RX, and multiplies the reception weight W 2 RX and complex conjugate of the received weight W 1 RX, The complex conjugate product W 2 RX W 1 RX *, which is the result of the multiplication, is used to calculate the phase difference
3-1 and the complex conjugate product operation units 32-1 to 32- (N-
Output to 2). Based on the input complex conjugate product W 2 RX W 1 RX *, the phase difference calculation unit 33-1 calculates a reception weight W 1 RX corresponding to the reference antenna element A1 and an antenna adjacent to the reference antenna element A1. and calculates the reference phase difference [Delta] [theta] 1 between the reception weight W 2 RX corresponding to elements A2, adders 34-1 to 34- (N-2) and the adder 35-1 and the least squares regression processing unit Output to 301.

【0049】複素共役積演算部31−2は、入力される
受信ウエイトW2 RX,W3 RXとに基づいて、受信ウエイト
3 RXと受信ウエイトW2 RXの複素共役とを乗算して、乗
算結果である複素共役積W3 RX2 RX*を複素共役積演算
部32−1に出力する。複素共役積演算部32−1は、
入力される複素共役積W2 RX1 RX*と複素共役積W3 RX
2 RX*とに基づいて、複素共役積W3 RX2 RX*と複素共役
積W2 RX1 RX*の複素共役とを乗算して、乗算結果であ
る複素共役積W3 RX2 RX*・(W2 RX1 RX*)*を位相差
演算部33−2に出力する。位相差演算部33−2は、
入力される複素共役積W3 RX2 RX*・(W2 RX1 RX*)*
に基づいて、アンテナ素子A2に対応する受信ウエイト
2 RXとアンテナ素子A2に隣接するアンテナ素子A3
に対応する受信ウエイトW3 RXとの間の位相差Δθ2と、
基準位相差Δθ1との差(Δθ2−Δθ1)を演算して、
加算器34−1に出力する。
The complex conjugate product calculator 31-2 multiplies the reception weight W 3 RX and the complex conjugate of the reception weight W 2 RX based on the input reception weights W 2 RX and W 3 RX . The complex conjugate product W 3 RX W 2 RX * that is the result of the multiplication is output to the complex conjugate product operation unit 32-1. The complex conjugate product operation unit 32-1
The input complex conjugate product W 2 RX W 1 RX * and complex conjugate product W 3 RX W
2 RX *, the complex conjugate product W 3 RX W 2 RX * is multiplied by the complex conjugate of the complex conjugate product W 2 RX W 1 RX *, and the complex conjugate product W 3 RX W 2 which is the result of the multiplication is obtained. RX * · (W 2 RX W 1 RX *) * is output to the phase difference calculator 33-2. The phase difference calculation unit 33-2 includes:
Input complex conjugate product W 3 RX W 2 RX * ・ (W 2 RX W 1 RX *) *
, The reception weight W 2 RX corresponding to the antenna element A2 and the antenna element A3 adjacent to the antenna element A2.
And a phase difference Δθ 2 between the receiving weight W 3 RX corresponding to
The difference (Δθ 2 −Δθ 1 ) from the reference phase difference Δθ 1 is calculated, and
Output to the adder 34-1.

【0050】加算器34−1は、入力される基準位相差
Δθ1と差(Δθ2−Δθ1)とを加算して、加算結果
{Δθ1+(Δθ2−Δθ1)}を加算器35−1に出力
する。加算器35−1は、基準位相差Δθ1と位相差
{Δθ1+(Δθ2−Δθ1)}とを加算して、加算結果
{2Δθ1+(Δθ2−Δθ1)}を最小2乗回帰処理部
301と加算器35−2とに出力する。ここで、加算結
果{2Δθ1+(Δθ2−Δθ1)}は、数6で表される
アンテナ素子A3に対応する受信ウエイトW3 RXの位相
と基準のアンテナ素子A1に対応する受信ウエイトW1
RXの位相との間の位相差δθ3である。
The adder 34-1 adds the input reference phase difference Δθ 1 and the difference (Δθ 2 −Δθ 1 ), and adds the addition result {Δθ 1 + (Δθ 2 −Δθ 1 )}. 35-1. The adder 35-1 adds the reference phase difference Δθ 1 and the phase difference {Δθ 1 + (Δθ 2 −Δθ 1 )}, and adds the addition result {2Δθ 1 + (Δθ 2 −Δθ 1 )} to the minimum value of 2 It outputs to the power regression processing unit 301 and the adder 35-2. Here, the addition result {2Δθ 1 + (Δθ 2 −Δθ 1 )} is a phase of the reception weight W 3 RX corresponding to the antenna element A3 and a reception weight W corresponding to the reference antenna element A1 expressed by the equation (6). 1
Is the phase difference δθ 3 between the RX of the phase.

【0051】複素共役積演算部31−3は、入力される
受信ウエイトW3 RX,W4 RXとに基づいて、受信ウエイト
4 RXと受信ウエイトW3 RXの複素共役とを乗算して、乗
算結果である複素共役積W4 RX3 RX*を複素共役積演算
部32−2に出力する。複素共役積演算部32−2は、
入力される複素共役積W2 RX1 RX*と複素共役積W4 RX
3 RX*とに基づいて、複素共役積W4 RX3 RX*と複素共役
積W2 RX1 RX*の複素共役とを乗算して、乗算結果であ
る複素共役積W4 RX3 RX*・(W2 RX1 RX*)*を位相差
演算部33−3に出力する。位相差演算部33−3は、
入力される複素共役積W4 RX3 RX*・(W2 RX1 RX*)*
に基づいて、アンテナ素子A3に対応する受信ウエイト
3 RXとアンテナ素子A3に隣接するアンテナ素子A4
に対応する受信ウエイトW4 RXとの間の位相差Δθ3と、
基準位相差Δθ1との差(Δθ3−Δθ1)を演算して、
加算器34−2に出力する。
The complex conjugate product operation unit 31-3 multiplies the reception weight W 4 RX and the complex conjugate of the reception weight W 3 RX based on the input reception weights W 3 RX and W 4 RX . The complex conjugate product W 4 RX W 3 RX * that is the result of the multiplication is output to the complex conjugate product calculation unit 32-2. The complex conjugate product operation unit 32-2
Complex conjugate product W 2 RX W 1 RX * and complex conjugate product W 4 RX W
3 RX *, the complex conjugate product W 4 RX W 3 RX * is multiplied by the complex conjugate of the complex conjugate product W 2 RX W 1 RX *, and the complex conjugate product W 4 RX W 3 which is the multiplication result is obtained. RX * · (W 2 RX W 1 RX *) * is output to the phase difference calculator 33-3. The phase difference calculation unit 33-3 includes:
Input complex conjugate product W 4 RX W 3 RX * ・ (W 2 RX W 1 RX *) *
, The reception weight W 3 RX corresponding to the antenna element A3 and the antenna element A4 adjacent to the antenna element A3.
Phase difference Δθ 3 between the receiving weight W 4 RX corresponding to
The difference (Δθ 3 −Δθ 1 ) from the reference phase difference Δθ 1 is calculated, and
Output to the adder 34-2.

【0052】加算器34−2は、入力される基準位相差
Δθ1と差(Δθ3−Δθ1)とを加算して、加算結果
{Δθ1+(Δθ3−Δθ1)}を加算器35−2に出力
する。加算器35−2は、加算器35−1から入力され
る加算結果{2Δθ1+(Δθ2−Δθ1)}と加算器3
4−2から入力される加算結果{Δθ1+(Δθ3−Δθ
1)}とを加算して、加算結果{3Δθ1+(Δθ2−Δ
θ1)+(Δθ3−Δθ1)}を最小2乗回帰処理部30
1と加算器35−3とに出力する。ここで、加算結果
{3Δθ1+(Δθ2−Δθ1)+(Δθ3−Δθ1)}
は、数6で表されるアンテナ素子A4に対応する受信ウ
エイトW4 RXの位相と基準のアンテナ素子A1に対応す
る受信ウエイトW1 RTの位相との間の位相差δθ4であ
る。
The adder 34-2 adds the input reference phase difference Δθ 1 and the difference (Δθ 3 −Δθ 1 ), and adds the addition result {Δθ 1 + (Δθ 3 −Δθ 1 )}. 35-2. The adder 35-2 outputs the addition result {2Δθ 1 + (Δθ 2 −Δθ 1 )} input from the adder 35-1, and the adder 3
4-2, the addition result {Δθ 1 + (Δθ 3 −Δθ
1 )} and the addition result {3Δθ 1 + (Δθ 2 −Δ
θ 1 ) + (Δθ 3 −Δθ 1 )} is converted to the least squares regression processing unit 30
1 and to the adder 35-3. Here, the addition result {3Δθ 1 + (Δθ 2 −Δθ 1 ) + (Δθ 3 −Δθ 1 )}
Is the phase difference δθ4 between the phase of the reception weight W 4 RX corresponding to the antenna element A4 and the phase of the reception weight W 1 RT corresponding to the reference antenna element A1 represented by the equation ( 6 ).

【0053】同様に、複素共役積演算部31−k(k=
4,5,…,N−1)は、入力される受信ウエイトWk
RX,Wk+1 RXとに基づいて、受信ウエイトWk+1 RXと受信
ウエイトWk RXの複素共役とを乗算して、乗算結果であ
る複素共役積Wk+1 RXk RX*を複素共役積演算部32−
(k−1)に出力する。複素共役積演算部32−(k−
1)は、入力される複素共役積W2 RX1 RX*と複素共役
積Wk+1 RXk RX*とに基づいて、複素共役積Wk+1 RXk
RX*と複素共役積W2 RX1 RX*の複素共役とを乗算して、
乗算結果である複素共役積Wk+1 RXk RX*・(W2 RX1
RX*)*を位相差演算部33−kに出力する。
Similarly, the complex conjugate product operation unit 31-k (k =
, 5,..., N−1) are input reception weights W k
Based on RX and W k + 1 RX , the reception weight W k + 1 RX is multiplied by the complex conjugate of the reception weight W k RX , and a complex conjugate product W k + 1 RX W k RX * resulting from the multiplication is obtained . From the complex conjugate product operation unit 32-
(K-1). Complex conjugate product operation unit 32- (k-
1), based on the complex conjugate product W 2 RX W 1 RX input * and a complex conjugate product W k + 1 RX W k RX *, a complex conjugate product W k + 1 RX W k
RX * is multiplied by the complex conjugate of the complex conjugate product W 2 RX W 1 RX *,
Complex conjugate product W k + 1 RX W k RX * · (W 2 RX W 1
RX *) * is output to the phase difference calculator 33-k.

【0054】位相差演算部33−kは、入力される複素
共役積Wk+1 RXk RX*・(W2 RX1 RX*)*に基づいて、
アンテナ素子Akに対応する受信ウエイトWk RXとアン
テナ素子Akに隣接するアンテナ素子A(k+1)に対
応する受信ウエイトWk+1 RXとの間の位相差Δθkと、基
準位相差Δθ1との差(Δθk−Δθ1)を演算して、加
算器34−(k−1)に出力する。加算器34−(k−
1)は、入力される基準位相差Δθ1と差(Δθk−Δθ
1)とを加算して、加算結果である位相差{Δθ1+(Δ
θk−Δθ1)}を加算器35−(k−1)に出力する。
The phase difference calculator 33-k calculates the complex conjugate product W k + 1 RX W k RX * · (W 2 RX W 1 RX *) *
The phase difference Δθ k between the reception weight W k RX corresponding to the antenna element Ak and the reception weight W k + 1 RX corresponding to the antenna element A (k + 1) adjacent to the antenna element Ak, the reference phase difference Δθ 1 , The difference (Δθ k −Δθ 1 ) is calculated and output to the adder 34- (k−1). The adder 34- (k-
1) is the difference between the input reference phase difference Δθ 1 and the difference (Δθ k −Δθ).
1 ) and the phase difference {Δθ 1 + (Δ
θ k −Δθ 1 )} is output to the adder 35- (k−1).

【0055】加算器35−(k−1)(k=4,5,
…,N−2)は、加算器35−(k−2)から入力され
る加算結果(k−2)Δθ1+{Δθ1+(Δθ2−Δ
θ1)+…+(Δθk-1−Δθ1)}と加算器34−(k
−1)から入力される加算結果{Δθ1+(Δθk−Δθ
1)}とを加算して、加算結果(k−1)Δθ1+{Δθ
1+(Δθ2−Δθ1)+…+(Δθk−Δθ1)}を最小
2乗回帰処理部301と加算器35−kとに出力する。
加算器35−(N−2)は、加算器35−(N−3)か
ら入力される加算結果(N−3)Δθ1+{Δθ1+(Δ
θ2−Δθ1)+…+(ΔθN-2−Δθ1)}と加算器34
−(N−2)から入力される加算結果{Δθ1+(Δθ
N-1−Δθ1)}とを加算して、加算結果(N−2)Δθ
1+{Δθ1+(Δθ2−Δθ1)+…+(ΔθN-1−Δ
θ1)}を最小2乗回帰処理部301に出力する。
The adder 35- (k-1) (k = 4, 5,
.., N−2) is the addition result (k−2) Δθ 1 + {Δθ 1 + (Δθ 2 −Δ) input from the adder 35− (k−2).
θ 1 ) +... + (Δθ k−1 −Δθ 1 )} and the adder 34− (k
−1), the addition result {Δθ 1 + (Δθ k −Δθ)
1 )} is added, and the addition result (k−1) Δθ 1 + {Δθ
1 + (Δθ 2 -Δθ 1) + ... + outputs the (Δθ k -Δθ 1)} to the least squares regression processing unit 301 adders and 35-k.
The adder 35- (N-2) adds the addition result (N-3) input from the adder 35- (N-3) Δθ 1 + 加 算 Δθ 1 + (Δ
θ 2 −Δθ 1 ) +... + (Δθ N−2 −Δθ 1 )} and the adder 34
− (N−2), the addition result {Δθ 1 + (Δθ
N−1 −Δθ 1 )}, and the addition result (N−2) Δθ
1 + {Δθ 1 + (Δθ 2 −Δθ 1 ) + ... + (Δθ N-1 −Δ
θ 1 )} is output to the least squares regression processing unit 301.

【0056】ここで、加算器35−(k−1)(k=
4,5,…,N−1)から出力される加算結果(k−
1)Δθ1+{Δθ1+(Δθ2−Δθ1)+…+(Δθk
−Δθ1)}は、数6で表されるアンテナ素子A(k+
1)に対応する受信ウエイトWk+1 RXの位相と、基準の
アンテナ素子A1に対応する受信ウエイトW1 RXの位相
との間の位相差δθk+1である。
Here, the adder 35- (k-1) (k =
, N−1), the addition result (k−
1) Δθ 1 + {Δθ 1 + (Δθ 2 −Δθ 1 ) + ... + (Δθ k
−Δθ 1 )} is the antenna element A (k +
This is the phase difference δθ k + 1 between the phase of the reception weight W k + 1 RX corresponding to 1) and the phase of the reception weight W 1 RX corresponding to the reference antenna element A1.

【0057】最小2乗回帰処理部301は、入力される
N個の位相差δθ1乃至δθNとに基づいて、上述した最
小2乗回帰処理を実行して、当該回帰処理によって得ら
れた最小2乗回帰後の位相差△θLSRを位相差補正部3
02に出力する。位相差補正部302は、上述したよう
に最小2乗回帰後の位相差△θLSRを−π<△θLSR≦π
の範囲に変換する位相補正処理を実行して、位相補正処
理後の検出位相差Δθaを乗算器303に出力する。乗
算器303は、入力された検出位相差Δθaと入力され
た受信周波数fRに対する送信周波数fTの送受周波数比
T/fRとを乗算して、乗算結果ΔθafT/fRを乗算
器36−1乃至36−Nに出力する。ここで、送受周波
数比fT/fRは、予め決められた送信周波数fTと予め
決められた受信周波数fRとから決定されて乗算器30
3に入力される。
The least squares regression processing unit 301 executes the above least squares regression processing based on the input N phase differences δθ 1 to δθ N, and The phase difference Δθ LSR after the square regression is used as the phase difference correction unit 3
02 is output. As described above, the phase difference correction unit 302 calculates the phase difference △ θ LSR after the least squares regression as −π <△ θ LSR ≦ π
, And outputs the detected phase difference Δθa after the phase correction processing to the multiplier 303. The multiplier 303 multiplies the transmission and reception frequency ratio f T / f R of the transmission frequency f T with respect to a reception frequency f R that is input with the detected phase difference Δθa inputted, the multiplier multiplication result Δθaf T / f R 36-1 to 36-N. Here, the transmission / reception frequency ratio f T / f R is determined from the predetermined transmission frequency f T and the predetermined reception frequency f R, and is determined by the multiplier 30.
3 is input.

【0058】乗算器36−k(k=1,2,…,N)
は、予め乗数が(k−1)に設定されていて、乗算器3
03から入力される乗算結果ΔθafT/fRと乗数(k
−1)とを乗算して、その乗算結果(k−1)Δθaf
T/fRを複素数演算部37−kに出力する。複素数演算
部37−kは、乗算器36−kから入力される乗算結果
kΔθafT/fRに基づいて、複素数exp[j{(f
T/fR)・(k−1)△θa}]を演算して、乗算器3
8−kに出力する。乗算器38−kは、予め決められる
送信パターンによって決定される励振分布akと複素数
exp[j{(fT/fR)・(k−1)△θa}]とを
乗算して、乗算結果akexp[j{(fT/fR)・
(k−1)△θa}]をアンテナ素子Akに対応する送
信ウエイトWk TXとして各アンテナ素子Akに出力す
る。
Multiplier 36-k (k = 1, 2,..., N)
Has a multiplier set to (k-1) in advance, and the multiplier 3
03 multiplication result Δθaf T / f R and the multiplier (k
-1) and the result of the multiplication (k-1) Δθaf
And outputs the T / f R to complex arithmetic section 37-k. Complex arithmetic unit 37-k on the basis of the multiplication result kΔθaf T / f R which is input from the multiplier 36-k, the complex exp [j {(f
T / f R ) · (k−1) {θa}], and the multiplier 3
Output to 8-k. The multiplier 38-k multiplies an excitation distribution a k determined by a predetermined transmission pattern by a complex number exp [j {(f T / f R ) · (k−1) {θa}]. Result a k exp [j {(f T / f R ) ·
(K−1) {θa}] is output to each antenna element Ak as a transmission weight W k TX corresponding to the antenna element Ak.

【0059】以上のように構成された自動ビーム捕捉追
尾装置は、到来波から得られる各アンテナ素子Ak毎の
ベースバンド信号Skに基づいて到来波の方向に送信ビ
ームを形成し、また、複数の多重波が到来する環境にお
いても、あるいは受信位相差に位相不確定が生じる場合
においても、それら多重波の影響及び位相不確定を除去
し、最大受信波の方向のみに単一の送信主ビームを形成
できる。
The automatic beam capture and tracking apparatus configured as described above forms a transmission beam in the direction of an incoming wave based on the baseband signal S k for each antenna element Ak obtained from the incoming wave. Even in an environment where multiple waves arrive, or when a phase uncertainty occurs in the reception phase difference, the influence and phase uncertainty of those multiple waves are removed, and a single transmission main beam only in the direction of the maximum received wave. Can be formed.

【0060】以上の第1の実施形態の自動ビーム捕捉追
尾装置において、送信ウエイト演算回路30は、数6に
従って、位相差δθkを演算して、当該位相差δθkに基
づいて送信ウエイトしている。これによって、送信ウエ
イト演算回路30は、1つの1次回帰平面を演算するこ
とにより、位相差ΔθLSRを演算することができるの
で、第2の従来例に比較して、少ない演算数で、最大受
信波の方向のみに単一の送信信号の主ビームを形成する
ための送信ウエイトWk TXを演算することができる。
In the automatic beam capturing and tracking apparatus according to the first embodiment, the transmission weight calculation circuit 30 calculates the phase difference δθ k according to the equation (6), and performs the transmission weight based on the phase difference δθ k. I have. Thus, the transmission weight calculation circuit 30 can calculate the phase difference Δθ LSR by calculating one linear regression plane. It is possible to calculate a transmission weight W k TX for forming a main beam of a single transmission signal only in the direction of the reception wave.

【0061】<第2の実施形態>図6は、本発明に係る
第2の実施形態の自動ビーム捕捉追尾装置の構成を示す
ブロック図である。図6の第2の実施形態の自動ビーム
捕捉追尾装置は、以下の(1)乃至(3)を除いては図
1の第1の実施形態の自動ビーム捕捉追尾装置と同様に
構成される。 (1)最大比合成回路4に代えて最大比合成回路4aを
備える。 (2)準同期検波器QD−1乃至QD−Nと最大比合成
回路4aとの間にディジタルビーム形成回路(以下、D
BF回路という。)50とビーム選択回路60とを備え
る。 (3)最大比合成回路4aと送信ウエイト演算回路30
との間にウエイト分解演算回路70を備える。
<Second Embodiment> FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an automatic beam capturing and tracking apparatus according to a second embodiment of the present invention. The automatic beam capturing and tracking device of the second embodiment of FIG. 6 is configured similarly to the automatic beam capturing and tracking device of the first embodiment of FIG. 1 except for the following (1) to (3). (1) A maximum ratio combining circuit 4a is provided instead of the maximum ratio combining circuit 4. (2) A digital beam forming circuit (hereinafter referred to as D) between the quasi-synchronous detectors QD-1 to QD-N and the maximum ratio combining circuit 4a.
It is called a BF circuit. ) 50 and a beam selection circuit 60. (3) Maximum ratio combining circuit 4a and transmission weight calculation circuit 30
And a weight decomposition operation circuit 70.

【0062】第2の実施形態の自動ビーム捕捉追尾装置
において、DBF回路50は、各アンテナ素子Akによ
って受信され、準同期検波器QD−kから入力されるベ
ースバンド信号Skに対して、アンテナ素子A1の位相
を基準として高速フーリエ変換(以下、FFTとい
う。)を実行して、複数N個のビーム、すなわちマルチ
ビームを同時に形成し、次の数8で表される各ビームB
i(i=1,2,…,N)に対応するベースバンド信号
iをビーム選択回路60に出力する。このように形成
された各ビームにおいて、他のビームが形成される方向
には必ずヌルが形成される。第2の実施形態では、上述
のようにFFTを用いて所定の方向にビームを形成する
ようにしたが、本発明はこれに限らず、各アンテナ素子
Akで受信される信号に対して、複数の移相器を用い
て、所定の複数のビーム方向に対応して複数のビームを
同時に形成し、形成された複数のビームに対応する複数
のビームの各受信信号をデジィタル信号に変換し、ビー
ムごとの受信ベースバンド信号を生成するようにしても
よい。なお、この場合、アンテナ素子ごとの受信ウエイ
トの分解は、上記複数のビームを形成するために移相器
に加えた各アンテナ素子に対する移相量とビームごとの
受信ウエイトとに基づいて演算できる。また、上記移相
器を用いた構成による送信で、振幅を制御する場合は、
例えば、ディジタル的に制御をすることができる減衰器
または増幅器を別途用いる。以上のように他のビーム形
成方法を用いて、所定の複数のビーム方向に対応して複
数のビームを形成し、形成された複数のビームに対応す
る複数ビーム受信信号を生成するようにしてもよい。な
お、第2の実施形態では、FFTの代わりに離散フーリ
エ変換(DFT)を用いることができる。ここで、同じ
入射角度におけるメインローブを持つ各ビームBiのベ
ースバンド信号の位相を同相にするため、アレーアンテ
ナ1の物理的な中央が位相の基準となるように各ビーム
Biのベースバンド信号Siを移相する。数8における
exp{j(−3/4)πi}は、アレーアンテナ1の物理
的な中央が位相の基準となるように各ビームのベースバ
ンド信号Siを移相するための係数である。このように
して、例えば、アンテナの素子数Nが4個の場合、4個
のビームBiが形成され、各ビームはそれぞれ0°、±
30°、90°の方向で最大の電力となる。
In the automatic beam acquisition and tracking device according to the second embodiment, the DBF circuit 50 converts the baseband signal S k received by each antenna element Ak and input from the quasi-synchronous detector QD-k into an antenna. A fast Fourier transform (hereinafter, referred to as FFT) is performed based on the phase of the element A1 to simultaneously form a plurality of N beams, that is, a multi-beam, and each beam B represented by the following equation 8 is formed.
i (i = 1,2, ..., N) and outputs the baseband signal S i corresponding to the beam selection circuit 60. In each beam thus formed, a null is always formed in the direction in which another beam is formed. In the second embodiment, a beam is formed in a predetermined direction using the FFT as described above. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of signals are received by each antenna element Ak. A plurality of beams are simultaneously formed corresponding to a plurality of predetermined beam directions by using a phase shifter, and each received signal of the plurality of beams corresponding to the formed plurality of beams is converted into a digital signal. Alternatively, a baseband signal for each reception may be generated. In this case, the decomposition of the reception weight for each antenna element can be calculated based on the phase shift amount for each antenna element added to the phase shifter to form the plurality of beams and the reception weight for each beam. In the case of controlling the amplitude in the transmission using the configuration using the phase shifter,
For example, an attenuator or amplifier that can be digitally controlled is separately used. As described above, using another beam forming method, a plurality of beams may be formed corresponding to a plurality of predetermined beam directions, and a plurality of beam reception signals corresponding to the formed plurality of beams may be generated. Good. In the second embodiment, a discrete Fourier transform (DFT) can be used instead of the FFT. Here, in order to make the phase of the baseband signal of each beam Bi having the main lobe at the same incident angle the same, the baseband signal S of each beam Bi is set so that the physical center of the array antenna 1 becomes a phase reference. Phase shift i . Exp {j (−3/4) πi} in Expression 8 is a coefficient for shifting the phase of the baseband signal S i of each beam so that the physical center of the array antenna 1 becomes a reference for the phase. Thus, for example, when the number N of elements of the antenna is four, four beams Bi are formed, and each beam is 0 °, ±
The maximum power is obtained in the directions of 30 ° and 90 °.

【0063】[0063]

【数8】 (Equation 8)

【0064】また、ビーム選択回路60は、形成される
N個のビームBiに対応するN個のベースバンド信号S
iのうち、受信電力の大きい方から複数M個のベースバ
ンド信号を選択して、選択したM個のベースバンド信号
SBi(i=1,2,…,M)を最大比合成回路4aに
出力する。ここで、選択されたM個のベースバンド信号
SBiのうち、最大の電力を有するベースバンド信号S
iを基準のベースバンド信号とし、SBrで表す。な
お、実際の通信では、雑音などの影響で選択されるビー
ムが頻繁に切替わるのを防ぐため、各ビームBiのベー
スバンド信号Siを狭帯域の低域通過フィルタで低域ろ
波して、低域ろ波後の信号を比較し、上記のビーム選択
を行う。
The beam selection circuit 60 generates N baseband signals S corresponding to the N beams Bi to be formed.
i, a plurality of M baseband signals are selected in descending order of the received power, and the selected M baseband signals SB i (i = 1, 2,..., M) are sent to the maximum ratio combining circuit 4a. Output. Here, among the selected M baseband signals SB i , baseband signal S having the maximum power
The B i as the reference baseband signal, represented by SB r. In an actual communication, the baseband signal Si of each beam Bi is low-pass filtered by a narrow-band low-pass filter in order to prevent the beam selected due to the influence of noise or the like from frequently switching. The signals after low-pass filtering are compared, and the above-described beam selection is performed.

【0065】最大比合成回路4aは、図7に示すよう
に、最大比合成回路4における、N個のアンテナ素子A
k(k=1,2,…,N)にそれぞれ対応する、N個の
複素共役積演算部41−kと、N個の低域通過フィルタ
42−kと、N個の遅延回路43−kと、N個の乗算器
44−kと、N個の複素共役積演算部46−kとに代え
て、M個のビームBi(i=1,2,…,M)にそれぞ
れ対応する、M個の複素共役積演算部41−iと、M個
の低域通過フィルタ42−iと、M個の遅延回路43−
iと、M個の乗算器44−iと、M個の複素共役積演算
部46−iとを備える。そして、最大比合成回路4a
は、N個のベースバンド信号Skに代えて、M個のベー
スバンド信号SBiに基づいて、N個のベースバンド信
号Skに対して行った演算と同様の演算をM個のベース
バンド信号SBiに対して実行して、後述する合成信号
を復調器5に出力し、後述する受信ビームウエイトWi
RBをウエイト分解演算回路70に出力する。ここで、受
信ビームウエイトWi RBは、基準のビームBrに対応す
るベースバンド信号SBrと、ビームBiに対応するベー
スバンド信号SBiの共役複素数との複素共役積で表す
ことができ、次の数9で表わすことができる。ここで、
本発明においては、好ましくは、上述のように最大の電
力を有するベースバンド信号を基準のベースバンド信号
SBrとするが、本発明はこれに限らず、最大の電力を
有するベースバンド信号以外のベースバンド信号を基準
にしてもよい。
The maximum ratio combining circuit 4a includes N antenna elements A in the maximum ratio combining circuit 4 as shown in FIG.
k (k = 1, 2,..., N), N complex conjugate product operation units 41-k, N low-pass filters 42-k, and N delay circuits 43-k And N multipliers 44-k and N complex conjugate product operation units 46-k, and M beams Bi (i = 1, 2,..., M) corresponding to M beams, respectively. Complex conjugate product operation units 41-i, M low-pass filters 42-i, and M delay circuits 43-i
i, M multipliers 44-i, and M complex conjugate operation units 46-i. Then, the maximum ratio combining circuit 4a
, Instead of the N baseband signals S k, based on the M baseband signals SB i, the N base band signals S k the M baseband operations and similar operations were performed on This is performed on the signal SB i to output a synthesized signal described later to the demodulator 5 and to receive a beam weight W i described later.
RB is output to the weight decomposition operation circuit 70. Here, the reception beam weight W i RB includes a base band signal SB r corresponding to the reference beam Br, can be represented by the complex conjugate product of the complex conjugate of the baseband signal SB i corresponding to the beam B i, It can be expressed by the following equation 9. here,
In the present invention, preferably, although a baseband signal SB r of the reference baseband signal having the maximum power as described above, the present invention is not limited to this, other than the base band signal having the maximum power The baseband signal may be used as a reference.

【0066】[0066]

【数9】 Wi RB =SBr・SBi* =|SBr||SBi|exp{j(φr−φi)}[Equation 9] W i RB = SB r · SB i * = | SB r || SB i | exp {j (φ r -φ i)}

【0067】ここで、φr、φiはそれぞれ基準とするビ
ームBrとビームBiのベースバンド信号の位相であ
り、|・|は信号の振幅、また、*は共役複素数である
ことを表している。数9で与えられる各ビームBiに対
する受信ビームウエイトWi RBをそのビームBiのベー
スバンド信号Siに掛け合わせ、これをビーム選択回路
60で選択された全てのビームについて演算し、それら
の総和を演算する。その結果、ベースバンド信号SBi
は、ベースバンド信号SBiの振幅に比例した大きさ
で、かつ、基準のビームBrのベースバンド信号SBr
の位相に同相化するための受信ビームウエイトWi RB
掛けられて、合成されていることになり、すなわち、フ
ィードバックループを持たない形でのビームスペースに
よる最大比合成を実現している。なお、実際の通信で
は、雑音などの影響でビームが不安定になるのを防ぐた
め、狭帯域なローパスフィルタを用いて数9で表される
受信ビームウエイトWi RBの実部及び虚部を低域ろ波す
る。
Here, φ r and φ i are the phases of the baseband signals of the reference beams Br and Bi, respectively, | · | is the amplitude of the signal, and * is a conjugate complex number. I have. The received beam weight W i RB for each beam Bi given by Equation 9 is multiplied by the baseband signal S i of that beam Bi, and this is calculated for all the beams selected by the beam selection circuit 60, and the sum of them is calculated. Calculate. As a result, the baseband signal SB i
Is a magnitude proportional to the amplitude of the baseband signal SB i, and the reference beam Br baseband signal SB r
Are multiplied by the reception beam weight W i RB for in-phase with the above phase, and are combined, that is, the maximum ratio combining by the beam space without a feedback loop is realized. In the actual communication, in order to prevent the beam from becoming unstable due to the influence of noise or the like, the real part and the imaginary part of the reception beam weight W i RB expressed by Expression 9 are reduced using a narrow-band low-pass filter. Low-pass filtering.

【0068】さらに、上記演算された総和を、ビーム選
択器60で選択される全てのビームについての各受信ビ
ームウエイトの大きさの2乗の総和の平方根で割ること
により、規格化された合成信号SBNが得られる。ビー
ム選択器60でM個のビームを選択した場合、合成信号
SBNは数10のように表される。
Further, by dividing the calculated sum by the square root of the sum of the squares of the sizes of the reception beam weights for all the beams selected by the beam selector 60, the standardized synthesized signal is obtained. SB N is obtained. If you choose the M beams in the beam selector 60, the combined signal SB N is expressed as Expression 10.

【0069】[0069]

【数10】 (Equation 10)

【0070】上記規格化された最大比合成出力信号SB
Nは、復調器5に入力され、復調器5によって復調され
る。
The standardized maximum ratio combined output signal SB
N is input to the demodulator 5 and demodulated by the demodulator 5.

【0071】次に、上記演算によってビームBiに対応
する受信ビームウエイトWi RBを使って最大の電力を有
する受信波の到来方向に単一の送信ビームを形成する方
法について説明する。送受の周波数が等しい場合(TD
D方式等)、ビームに対応するビーム受信信号を最大比
合成するときの受信ウエイトをそのまま用いて送信する
ことにより、最大受信波とマルチパス方向にそれぞれ送
信ビームを形成し、ダイバーシチ送信系を構成すること
ができる。ところが、送受周波数が異なる場合は、パス
間の位相関係が送受で違ってくるため、マルチパス方向
への送信を抑える必要がある。
[0071] Next, a method for forming a single transmit beam in the arrival direction of the received wave with the largest power with the received beam weight W i RB corresponding to the beam Bi by the calculation. When transmission and reception frequencies are equal (TD
D system, etc.), and by using the reception weights used when the maximum ratio combining of the beam reception signals corresponding to the beams is transmitted as it is, a transmission beam is formed in the multipath direction with the maximum reception wave, thereby forming a diversity transmission system. can do. However, when the transmission and reception frequencies are different, the phase relationship between the paths differs between transmission and reception, so it is necessary to suppress transmission in the multipath direction.

【0072】まず、ウエイト分解演算回路70で、受信
信号の各ビームBiに対して得られる最大比合成をする
ための受信ビームウエイトWi RBを、DBF回路50で
実行するDFT(またはFFT)の係数exp{j(i/
2)・πk}とベースバンド信号Siを移相するための係
数exp{j(−3/4)πi}とを用いて、各アンテナ素
子Akに対応する受信ウエイトWk RXに分解する。例え
ばアンテナの素子数Nが4個の場合、各アンテナ素子A
kの受信ウエイトWk RXは、ビームBiごとの受信ウエ
イトWi RBを用いて、数11のように表わすことができ
る。
First, in the weight decomposition operation circuit 70, the reception beam weight W i RB for performing the maximum ratio combining obtained for each beam Bi of the reception signal is converted into the DFT (or FFT) executed by the DBF circuit 50. The coefficient exp {j (i /
2) Using πk} and a coefficient exp {j (−3/4) πi} for phase shifting the baseband signal S i , decompose the reception weight W k RX corresponding to each antenna element Ak. For example, when the number N of antenna elements is four, each antenna element A
The reception weight W k RX of k can be expressed as in Equation 11 using the reception weight W i RB of each beam Bi.

【0073】[0073]

【数11】 [Equation 11]

【0074】ここで、上記得られた各アンテナ素子Ak
の受信ウエイトWk RXの位相は、アレーアンテナ1の中
央を基準として、当該基準に対する各アンテナ素子Ak
における受信信号の位相差となっている。なお、ここで
は形成される全てのビームを用いて、アンテナ素子Ak
ごとの受信ウエイトWk RXを演算しているが、ビーム選
択回路60で選択されたM個のビームだけを使って演算
することも可能である。
Here, each of the obtained antenna elements Ak
Of the reception weight W k RX of each antenna element Ak with respect to the reference with respect to the center of the array antenna 1.
Is the phase difference of the received signal. Here, the antenna element Ak is used by using all the formed beams.
Although the reception weight W k RX is calculated for each of them, it is also possible to calculate using only the M beams selected by the beam selection circuit 60.

【0075】以上のようにして演算された受信ウエイト
k RXに基づいて、第1の実施形態と同様にして、送信
ウエイトWk TXを演算して、当該送信ウエイトWk TXを用
いて、最大の電力を有する受信波の到来方向に送信ビー
ムを形成して送信信号を送信する。
Based on the reception weight W k RX calculated as described above, the transmission weight W k TX is calculated in the same manner as in the first embodiment, and the transmission weight W k TX is used. The transmission signal is transmitted by forming a transmission beam in the arrival direction of the received wave having the maximum power.

【0076】以上のように構成された第2の実施形態の
自動ビーム捕捉追尾装置は、所定の方向にビームを形成
して、ビームに対応した受信波を受信して受信データを
出力することができるとともに、第1の実施形態と同様
の効果を有する。
The automatic beam capturing and tracking apparatus of the second embodiment configured as described above forms a beam in a predetermined direction, receives a received wave corresponding to the beam, and outputs received data. As well as having the same effects as the first embodiment.

【0077】<変形例>以上の第1と第2の実施形態の
自動ビーム捕捉追尾装置では、1直線上に配列されたア
レーアンテナ1を用いて構成したが、本発明はこれに限
らず、図8に示すように、アンテナ素子が所定の間隔λ
/2で2次元的に並置されて構成されたアレーアンテナ
100を用いて構成してもよい。以下、アンテナ素子が
2次元的に並置されたアレーアンテナ100を用いて、
自動ビーム捕捉追尾装置を構成した場合の、受信ウエイ
トと送信ウエイトの演算方法について説明する。
<Modifications> Although the automatic beam capture and tracking devices of the first and second embodiments are configured using the array antennas 1 arranged on one straight line, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 8, the antenna elements are separated by a predetermined distance λ.
The antenna may be configured using an array antenna 100 that is two-dimensionally juxtaposed at / 2. Hereinafter, using an array antenna 100 in which antenna elements are two-dimensionally juxtaposed,
A method of calculating the reception weight and the transmission weight when the automatic beam capture and tracking device is configured will be described.

【0078】アレーアンテナ100は、図8に示すよう
に、u,vの方向にそれぞれ受信周波数λの半波長の間隔
λ/2で4つずつ平面上に配置された、16個のアンテ
ナ素子A(0,0)乃至A(3,3)から構成される。
ここで、各アンテナ素子A(0,0)乃至A(3,3)
の符号におけるAの後ろの()内の数字は、uv平面上
におけるλ/2で規格化した座標(u,v)に対応させ
て付している。また、以下の説明において、各アンテナ
素子A(u,v)に対応する受信ウェイトをWRX(u,
v)とし、受信ウェイトWRX(u,v)の位相をθ
(u,v)とする。いま、座標(0,0)のアンテナ素
子A(0,0)を基準とし、基準のアンテナ素子A
(0,0)とそれにu方向に隣接する座標(1,0)の
アンテナ素子A(1,0)との間の受信ウェイトの位相
差をΔθu(0,0)、基準のアンテナ素子A(0,
0)とそれにv方向に隣接する座標(0,1)のアンテ
ナ素子A(0,1)との間の受信ウェイトの位相差をΔ
θv(0,0)とする。
As shown in FIG. 8, the array antenna 100 includes sixteen antenna elements A arranged in the u and v directions at intervals of λ / 2 of a half wavelength of the reception frequency λ on the plane. (0,0) to A (3,3).
Here, each of the antenna elements A (0,0) to A (3,3)
The numbers in parentheses after A in the reference symbol are attached in correspondence with the coordinates (u, v) normalized by λ / 2 on the uv plane. In the following description, the reception weight corresponding to each antenna element A (u, v) is represented by W RX (u,
v), and the phase of the reception weight W RX (u, v) is θ
(U, v). Now, with reference to antenna element A (0, 0) at coordinates (0, 0), reference antenna element A
The phase difference of the reception weight between (0, 0) and the antenna element A (1, 0) at coordinates (1, 0) adjacent in the u direction is Δθ u (0, 0), and the reference antenna element A (0,
0) and the antenna weight A (0, 1) at the coordinates (0, 1) adjacent to the antenna element A (0, 1) in the v direction.
θ v (0,0).

【0079】まず、1次元(直線上に配列されたアレー
アンテナ)の場合の位相差は、上述のuv平面における
座標(u,v)を用いると、数6を変形して、次の数1
2で表すことができる。
First, when the coordinates (u, v) on the uv plane are used, the phase difference in the case of a one-dimensional (array antenna arrayed on a straight line) is obtained by transforming equation (6) to obtain the following equation (1).
It can be represented by 2.

【0080】[0080]

【数12】 (Equation 12)

【0081】ここで、u=1,2,3であり、数12
は、v=0の位置においてu方向に直線上に並ぶ座標
(u,0)の各アンテナ素子A(1,0),A(2,
0),A(3,0)について、各アンテナ素子A(u,
0)に対応する受信ウエイトWRX(u,0)と基準のア
ンテナ素子A(0,0)に対応する受信ウエイトW
RX(0,0)との間の位相差θ(u,0)−θ(0,
0)を示している。また、数12において、Δθ
u(u,0){=θ(u+1,0)−θ(u,0)}
は、互いにu方向に隣接するアンテナ素子A(u+1,
0),A(u,0)に対応する受信ウェイトWRX(u+
1,0),WRX(u,0)の間の位相差であり、arg
()は−πからπまでの範囲で表わすものとする。
Here, u = 1, 2, 3 and
Are coordinates arranged on a straight line in the u direction at the position of v = 0
Each of the antenna elements A (1,0), A (2,
0), A (3, 0) for each antenna element A (u,
Reception weight corresponding to 0) W RX (u, 0 ) and the reference reception weight W corresponding to the antenna elements A (0,0) of
RX (0,0) phase difference θ (u, 0) −θ (0,0)
0). Further, in Equation 12, Δθ
u (u, 0) {= θ (u + 1,0) -θ (u, 0)}
Are antenna elements A (u + 1,
0), A (u, 0) and the reception weight W RX (u +
1,0), W RX (u, 0), and arg
() Is represented in the range from -π to π.

【0082】以上のように数12により、v=0の位置
においてu方向に直線上に並ぶ各アンテナ素子の受信ウ
ェイトの位相差θ(u,0)−θ(0,0)(u=1,
2,3)が求まった。次に、同様にして、v軸方向に直
線上に並ぶアンテナ素子、例えば、u=0においてv方
向に直線上に並ぶ座標(0,v)の各アンテナ素子A
(0,v)について、基準アンテナ素子A(0,0)と
それにv方向に隣接するアンテナ素子A(0,1)との
間の受信ウェイトの位相差Δθv(0,0)を用いる
と、各アンテナ素子A(0,v)と基準のアンテナ素子
A(0,0)との間の各2つの受信ウェイトの位相差θ
(0,v)−θ(0,0)は、次の数13で表すことが
できる。
As described above, from Expression 12, the phase difference θ (u, 0) −θ (0,0) (u = 1) of the reception weights of the antenna elements arranged linearly in the u direction at the position of v = 0 ,
2,3) was found. Next, similarly, the antenna elements A arranged on a straight line in the v-axis direction, for example, each antenna element A of coordinates (0, v) arranged on a straight line in the v direction at u = 0
For (0, v), the phase difference Δθ v (0, 0) of the reception weight between the reference antenna element A (0, 0) and the antenna element A (0, 1) adjacent thereto in the v direction is used. , The phase difference θ between each two receiving weights between each antenna element A (0, v) and the reference antenna element A (0,0)
(0, v) -θ (0,0) can be expressed by the following equation 13.

【0083】[0083]

【数13】 (Equation 13)

【0084】ここで、Δθv(0,v)(=θ(0,v
+1)−θ(0,v))は、互いにv方向に隣接するア
ンテナ素子A(0,v+1),A(0,v)の各受信ウ
ェイトWRX(0,v+1),WRX(0,v)の位相差で
ある。
Here, Δθ v (0, v) (= θ (0, v
+1) -θ (0, v)) are the reception weights W RX (0, v + 1), W RX (0, v) is the phase difference.

【0085】さらに、任意のu(u=0,1,2,3)
におけるv方向に直線上に並ぶ座標(u,v)の各アン
テナ素子A(u,v)について、基準アンテナ素子A
(0,0)とそれにv方向に隣接する座標(0,1)の
アンテナ素子A(0,1)との間の受信ウェイトの位相
差Δθv(0,0)を用いると、各アンテナ素子A
(u,v)と座標(u,0)のアンテナ素子A(u,
0)との間の各2つの受信ウェイトの位相差θ(u,
v)−θ(u,0)は次の数14で表すことができる。
Further, any u (u = 0, 1, 2, 3)
For each antenna element A (u, v) at coordinates (u, v) aligned on a straight line in the v direction
Using the phase difference Δθ v (0,0) of the reception weight between (0,0) and the antenna element A (0,1) at the coordinates (0,1) adjacent in the v direction, each antenna element A
Antenna element A (u, v) at (u, v) and coordinates (u, 0)
0), the phase difference θ (u,
v) -θ (u, 0) can be expressed by the following equation 14.

【0086】[0086]

【数14】 [Equation 14]

【0087】ここで、Δθv(u,v)(=θ(u,v
+1)−θ(u,v))は、互いにv方向に隣接するア
ンテナ素子A(u,v+1),A(u,v)に対応する
各受信ウェイトWRX(u,v+1),WRX(u,v)の
間の位相差である。以上の数12と数14から、任意の
座標(u,v)の各アンテナ素子A(u,v)につい
て、基準位相差Δθu(0,0)と基準位相差Δθ
v(0,0)とを用いて、各座標(u,v)の各アンテ
ナ素子A(u,v)に対応する受信ウエイトWRX(u,
v)と基準のアンテナ素子A(0,0)に対応する受信
ウエイトWRX(0,0)の間の位相差θ(u,v)−θ
(0,0)は数15で表すことができる。
Here, Δθ v (u, v) (= θ (u, v)
+1) −θ (u, v)) are reception weights W RX (u, v + 1), W RX ( u, v). From the above Expressions 12 and 14, the reference phase difference Δθ u (0, 0) and the reference phase difference Δθ are obtained for each antenna element A (u, v) at an arbitrary coordinate (u, v).
Using v (0,0), reception weight W RX (u, u) corresponding to each antenna element A (u, v) at each coordinate (u, v)
v) and the phase difference θ (u, v) −θ between the reception weight W RX (0,0) corresponding to the reference antenna element A (0,0).
(0,0) can be represented by Expression 15.

【0088】[0088]

【数15】 (Equation 15)

【0089】数15より、各アンテナ素子A(u,v)
に対する受信ウェイトWRX(u,v)の、基準のアンテ
ナ素子A(0,0)に対応する受信ウエイトWRX(0,
0)に対する位相差の分布を求め、さらに、最小2乗法
により位相分布を平面に回帰して、2乗回帰後の位相差
を演算して、当該位相差に基づいて、第1及び第2の実
施形態と同様にして、最大の受信電力を有する受信波の
到来方向のみに単一の送信信号の主ビームを形成するた
めの送信ウェイトを演算することができる。
From Equation 15, each antenna element A (u, v)
Reception weight W RX (u, v) of the reception weights corresponding to the reference antenna element A (0,0) W RX (0 for,
0), the phase distribution is regressed to a plane by the least squares method, the phase difference after the square regression is calculated, and the first and second phases are calculated based on the phase difference. Similarly to the embodiment, it is possible to calculate a transmission weight for forming a main beam of a single transmission signal only in the arrival direction of a reception wave having the maximum reception power.

【0090】次に、アンテナ素子が2次元的に並置され
たアレーアンテナ100を用いて構成した場合の、2次
元の高速フーリエ変換の方法について以下に説明する。
ここで、上述のように、アレーアンテナの複数N個(本
変形例ではN=16)のアンテナ素子が互いに等間隔d
で2次元のマトリックス形状で並置されており、各アン
テナ素子の入力信号をSkm(θ)(k=0,1,…,
N−1;m=0,1,…,N−1)とすると、1次元目
のフーリエ変換の結果は数16のように表される。ここ
でkは1次元目のフーリエ変換における座標であり、m
は2次元目のフーリエ変換の座標である。合成ビーム出
力Bkm(k=0,1,…,N−1;m=0,1,…,
N−1)は2次元目のフーリエ変換の結果であり、1次
元目のフーリエ変換の結果を使用して数17のように表
される。
Next, a description will be given of a two-dimensional fast Fourier transform method in the case where the antenna element is configured using the array antenna 100 arranged two-dimensionally.
Here, as described above, a plurality of N (N = 16 in this modification) antenna elements of the array antenna are arranged at regular intervals d.
Are arranged side by side in a two-dimensional matrix shape, and the input signal of each antenna element is Skm (θ) (k = 0, 1,...,
N−1; m = 0, 1,..., N−1), the result of the Fourier transform in the first dimension is expressed as in Expression 16. Here, k is a coordinate in the Fourier transform of the first dimension, and m
Is the coordinates of the second-dimensional Fourier transform. The combined beam output Bkm (k = 0, 1,..., N-1; m = 0, 1,.
N-1) is the result of the Fourier transform in the second dimension, and is expressed as in Expression 17 using the result of the Fourier transform in the first dimension.

【0091】[0091]

【数16】 (Equation 16)

【0092】[0092]

【数17】 [Equation 17]

【0093】ここで、マルチビームの方向θkmとフー
リエ変換によって得られたビームの関係を示せば、次の
数18で表される。数18において、マルチビームの方
向θkmは、(x,y)の形式で表され、ここで、xは
XZ平面でZ軸を基準とした角度であり、yはYZ平面
でZ軸を基準とした角度である。
Here, the relationship between the direction θkm of the multi-beam and the beam obtained by the Fourier transform is expressed by the following equation (18). In Equation 18, the multi-beam direction θkm is expressed in the form of (x, y), where x is an angle with respect to the Z axis in the XZ plane, and y is with respect to the Z axis in the YZ plane. Angle.

【0094】[0094]

【数18】θkm=[sin-1{sin(−2π・k/N)},sin
-1{sin(−2π・m/N)}], k=0,1,2,3,…,N−1;m=0,1,2,
3,…,N−1
Equation 18 θkm = [sin −1 {sin (−2π · k / N)}, sin
−1 {sin (−2π · m / N)}], k = 0, 1, 2, 3,..., N−1; m = 0, 1, 2,
3, ..., N-1

【0095】上記数16及び数17から明らかなよう
に、アンテナビームBkmは、受信機の信号出力Skm
の離散フーリエ変換である。従って、本発明によれば、
第1及び第2の実施形態の自動ビーム捕捉追尾装置の原
理を用いて、アンテナ素子が2次元的に並置されたアレ
ーアンテナ100を用いて、自動ビーム捕捉追尾装置を
構成することができる。
As is apparent from the above equations (16) and (17), the antenna beam Bkm is equal to the signal output Skm of the receiver.
Is the discrete Fourier transform of. Thus, according to the present invention,
Using the principle of the automatic beam capturing and tracking device of the first and second embodiments, an automatic beam capturing and tracking device can be configured using the array antenna 100 in which antenna elements are juxtaposed two-dimensionally.

【0096】<他の変形例>以上の第1の実施形態で
は、アンテナ素子A1を基準のアンテナ素子にしたが、
本発明はこれに限らず、他のアンテナ素子を基準にして
もよい。以上のように構成しても第1の実施形態と同様
に動作して同様の効果を有する。
<Other Modifications> In the first embodiment described above, the antenna element A1 is used as a reference antenna element.
The present invention is not limited to this, and may be based on another antenna element. Even with the configuration described above, the same operation as in the first embodiment is performed and the same effect is obtained.

【0097】以上の第2の実施形態では、ビーム選択回
路60によって選択された信号のうち電力の最大の信号
を基準の信号にしたが、本発明はこれに限らず、他の信
号を基準の信号にしてもよい。以上のように構成しても
第2の実施形態と同様に動作して同様の効果を有する。
In the second embodiment described above, the signal having the largest power among the signals selected by the beam selection circuit 60 is used as the reference signal. However, the present invention is not limited to this, and other signals are used as reference signals. It may be a signal. Even with the configuration described above, the same operation as in the second embodiment is performed and the same effect is obtained.

【0098】[0098]

【発明の効果】本発明に係る請求項1記載のアレーアン
テナの制御装置は、所定の配置形状で近接して並置され
た複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御す
るためのアレーアンテナの制御装置において、上記アレ
ーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信された複数
の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用いて互い
に直交する各2つの直交ベースバンド信号に変換する変
換手段と、上記変換手段で変換された各2つの直交ベー
スバンド信号に基づいて、上記複数のアンテナ素子のう
ちの所定の基準のアンテナ素子で受信された受信信号
と、上記複数のアンテナ素子のうちの任意のアンテナ素
子で受信された受信信号の共役複素数との複素共役積で
ある当該任意のアンテナ素子に対応する受信ウエイトを
演算する受信ウエイト演算手段と、上記受信ウエイト演
算手段で演算された上記基準のアンテナ素子に隣接する
アンテナ素子に対応する受信ウエイトと、上記受信ウエ
イト演算手段で演算された上記基準のアンテナ素子に対
応する受信ウエイトの共役複素数との複素共役積である
第1の複素共役積に基づいて、上記基準のアンテナ素子
に隣接するアンテナ素子で受信された受信信号と、上記
基準アンテナ素子で受信された受信信号との間の第1の
位相差を演算する第1の位相差演算手段と、上記受信ウ
エイト演算手段で演算された各受信ウエイトのうち、互
いに隣接するアンテナ素子に対応する2つの受信ウエイ
トに基づいて、当該2つの受信ウエイトのうちの一方の
受信ウエイトと、他方の受信ウエイトの共役複素数との
複素共役積である第2の複素共役積を演算して、上記第
2の複素共役積と、上記第1の複素共役積の共役複素数
との複素共役積である第3の複素共役積を演算する複素
共役積演算手段と、上記複素共役積演算手段で演算され
た第3の複素共役積に基づいて、互いに隣接するアンテ
ナ素子で受信された受信信号の間の位相差と、上記第1
の位相差との差である第2の位相差を演算する第2の位
相差演算手段と、上記第1の位相差演算手段で演算され
た第1の位相差と上記第2の位相差演算手段で演算され
た第2の位相差とに基づいて、任意のアンテナ素子で受
信された受信信号と、上記基準のアンテナ素子で受信さ
れた受信信号との間の受信位相差を演算する受信位相差
演算手段と、上記受信位相差演算手段で演算された上記
各受信位相差に基づいて、上記各アンテナ素子の配置に
対応しかつ上記基準のアンテナ素子に対する任意のアン
テナ素子の各位相差を、最小2乗法を用いて、上記複数
のアンテナ素子で受信された受信波のうちの、電力が最
大の受信波である最大受信波に対して等位相の1次回帰
平面に回帰させて当該1次回帰平面を演算する回帰平面
演算手段と、上記回帰平面演算手段で演算された1次回
帰平面の互いに隣接する任意の2つのアンテナ素子の間
の位相差に、所定の受信周波数に対する所定の送信周波
数の比を乗算することにより送信位相差を演算する送信
位相差演算手段とを備えている。これによって、方位セ
ンサを用いることなく、また複数の多重波が到来する環
境、もしくは受信位相差に位相不確定が生じる場合にお
いても、最大の電力で受信された受信波の方向に送信主
ビームを形成することができ、しかも演算が簡単なアレ
ーアンテナの制御装置を提供できる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an array antenna control device for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements arranged in close proximity in a predetermined arrangement shape. A converting means for converting a plurality of received signals respectively received by the antenna elements of the array antenna into two orthogonal baseband signals orthogonal to each other using a common local oscillation signal; Based on each of the two orthogonal baseband signals, a reception signal received by a predetermined reference antenna element of the plurality of antenna elements and a reception signal received by an arbitrary antenna element of the plurality of antenna elements Reception way for calculating a reception weight corresponding to the given antenna element, which is a complex conjugate product of the received signal and a conjugate complex number Calculation means, a reception weight corresponding to the antenna element adjacent to the reference antenna element calculated by the reception weight calculation means, and a reception weight corresponding to the reference antenna element calculated by the reception weight calculation means. Based on a first complex conjugate product, which is a complex conjugate product with a conjugate complex number, between a reception signal received by an antenna element adjacent to the reference antenna element and a reception signal received by the reference antenna element A first phase difference calculating means for calculating the first phase difference, and two reception weights corresponding to antenna elements adjacent to each other among the reception weights calculated by the reception weight calculation means. A second complex conjugate product that is a complex conjugate product of one of the two reception weights and a conjugate complex number of the other reception weight is given by Complex conjugate product calculating means for calculating a third complex conjugate product that is a complex conjugate product of the second complex conjugate product and a conjugate complex number of the first complex conjugate product; Based on the third complex conjugate product calculated by the calculating means, the phase difference between the received signals received by the antenna elements adjacent to each other is calculated based on the first complex conjugate product.
Second phase difference calculating means for calculating a second phase difference which is a difference from the phase difference between the first phase difference calculating means and the first phase difference calculated by the first phase difference calculating means. A receiving position for calculating a reception phase difference between a reception signal received by an arbitrary antenna element and a reception signal received by the reference antenna element based on the second phase difference calculated by the means. Phase difference calculation means, based on each of the reception phase differences calculated by the reception phase difference calculation means, corresponding to the arrangement of each antenna element and each phase difference of any antenna element with respect to the reference antenna element, the minimum By using the square method, of the received waves received by the plurality of antenna elements, the largest received wave having the largest power is regressed to an equiphase first-order regression plane to perform the first-order regression. Regression plane calculation means for calculating a plane, The transmission phase difference is calculated by multiplying the phase difference between any two adjacent antenna elements of the primary regression plane calculated by the return plane calculation means by the ratio of a predetermined transmission frequency to a predetermined reception frequency. Transmission phase difference calculating means. This allows the main beam to be transmitted in the direction of the received wave received at the maximum power without using the azimuth sensor and even in an environment where a plurality of multiplexed waves arrive, or even when the phase uncertainty occurs in the received phase difference. It is possible to provide an array antenna control device that can be formed and that can be easily operated.

【0099】本発明に係る請求項2記載のアレーアンテ
ナの制御装置は、等間隔に近接して並置された複数のア
ンテナ素子からなるアレーアンテナを制御するためのア
レーアンテナの制御装置において、上記アレーアンテナ
の各アンテナ素子でそれぞれ受信された複数の受信信号
をそれぞれ共通の局部発振信号を用いて互いに直交する
各2つの直交ベースバンド信号に変換する変換手段と、
上記変換手段で変換された各2つの直交ベースバンド信
号に基づいて、所定のビーム形成法を用いて、所定の複
数のビーム方向に対応して複数のビームを形成し、上記
形成された複数のビームに対応する複数のビーム受信信
号を生成するビーム形成手段と、上記ビーム形成手段で
生成された複数のビーム受信信号のうち、所定のしきい
値以上の電力を有するビーム受信信号を選択して少なく
とも1つのビーム受信信号を出力するビーム選択手段
と、上記ビーム選択手段で選択されたビーム受信信号の
うちの基準のビーム受信信号と、上記ビーム選択手段で
選択されたビーム受信信号のうちの任意のビーム受信信
号の共役複素数との複素共役積である当該任意のビーム
に対応する受信ビームウエイトを演算する受信ビームウ
エイト演算手段と、上記受信ビームウエイト演算手段で
演算された受信ビームウエイトに基づいて、上記各アン
テナ素子に対応する各受信ウエイトを演算する受信ウエ
イト演算手段と、上記受信ウエイト演算手段で演算され
た受信ウエイトのうち、上記複数のアンテナ素子のうち
の所定の基準のアンテナ素子に隣接するアンテナ素子に
対応する受信ウエイトと、上記基準のアンテナ素子に対
応する受信ウエイトの共役複素数との複素共役積である
第1の複素共役積に基づいて、上記基準のアンテナ素子
に隣接するアンテナ素子で受信された受信信号と、上記
基準アンテナ素子で受信された受信信号との間の第1の
位相差を演算する第1の位相差演算手段と、上記受信ウ
エイト演算手段で演算された受信ウエイトのうち、互い
に隣接するアンテナ素子に対応する2つの受信ウエイト
に基づいて、当該2つの受信ウエイトのうちの一方の受
信ウエイトと、他方の受信ウエイトの共役複素数との複
素共役積である第2の複素共役積を演算して、上記第2
の複素共役積と、上記第1の複素共役積の共役複素数と
の複素共役積である第3の複素共役積を演算する複素演
算積演算手段と、上記複素演算積演算手段で演算された
第3の複素共役積に基づいて、互いに隣接するアンテナ
素子で受信された受信信号の間の位相差と、上記第1の
位相差との差である第2の位相差を演算する第2の位相
差演算手段と、上記第1の位相差演算手段で演算された
第1の位相差と上記第2の位相差演算手段で演算された
第2の位相差とに基づいて、任意のアンテナ素子で受信
された受信信号と、上記基準のアンテナ素子で受信され
た受信信号との間の受信位相差を演算する受信位相差演
算手段と、上記受信位相差演算手段で演算された上記各
受信位相差に基づいて、上記各アンテナ素子の配置に対
応しかつ上記基準のアンテナ素子に対する任意のアンテ
ナ素子の各位相差を、最小2乗法を用いて、上記複数の
アンテナ素子で受信された受信波のうちの、電力が最大
の受信波である最大受信波に対して等位相の1次回帰平
面に回帰させて当該1次回帰平面を演算する回帰平面演
算手段と、上記回帰平面演算手段で演算された1次回帰
平面の互いに隣接する任意の2つのアンテナ素子の間の
位相差に、所定の受信周波数に対する所定の送信周波数
の比を乗算することにより送信位相差を演算する送信位
相差演算手段とを備えている。これによって、所定の複
数のビーム方向に対応して複数のビームを形成し、上記
形成された複数のビームに対応する複数のビーム受信信
号を受信することができ、かつ方位センサを用いること
なく、また複数の多重波が到来する環境、もしくは受信
位相差に位相不確定が生じる場合においても、最大の電
力で受信された受信波の方向に送信主ビームを形成する
ことができ、しかも演算が簡単なアレーアンテナの制御
装置を提供できる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an array antenna control apparatus for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements juxtaposed closely at equal intervals. Conversion means for converting a plurality of reception signals received by each antenna element of the antenna into two orthogonal baseband signals orthogonal to each other using a common local oscillation signal,
Based on each of the two orthogonal baseband signals converted by the conversion means, a predetermined beam forming method is used to form a plurality of beams corresponding to a plurality of predetermined beam directions. Beam forming means for generating a plurality of beam reception signals corresponding to the beams, and among the plurality of beam reception signals generated by the beam formation means, selecting a beam reception signal having power equal to or higher than a predetermined threshold value; Beam selection means for outputting at least one beam reception signal, a reference beam reception signal among the beam reception signals selected by the beam selection means, and an arbitrary one of the beam reception signals selected by the beam selection means Receiving beam weight calculation means for calculating a reception beam weight corresponding to the arbitrary beam, which is a complex conjugate product of a conjugate complex number of the beam reception signal of Based on the reception beam weights calculated by the reception beam weight calculation means, reception weight calculation means for calculating each reception weight corresponding to each of the antenna elements, and among the reception weights calculated by the reception weight calculation means, A first complex product that is a complex conjugate product of a reception weight corresponding to an antenna element adjacent to a predetermined reference antenna element of the plurality of antenna elements and a conjugate complex number of a reception weight corresponding to the reference antenna element A first phase calculating a first phase difference between a reception signal received by an antenna element adjacent to the reference antenna element and a reception signal received by the reference antenna element based on the conjugate product; The phase difference calculating means and the reception weights calculated by the reception weight calculating means correspond to antenna elements adjacent to each other. Based on the reception weight, and one of the reception weights of the two reception weight, and calculates a second complex conjugate product is the complex conjugate product of the complex conjugate of the other reception weight, the second
Complex conjugate product of the first complex conjugate product and a complex conjugate product of the first complex conjugate product, and a third complex conjugate product of the first complex conjugate product, A second phase difference which is a difference between the phase difference between the reception signals received by the antenna elements adjacent to each other and the first phase difference, based on the complex conjugate product of the third position. A phase difference calculating means, and an arbitrary antenna element based on the first phase difference calculated by the first phase difference calculating means and the second phase difference calculated by the second phase difference calculating means. Receiving phase difference calculating means for calculating a receiving phase difference between the received signal received and the received signal received by the reference antenna element; and each of the receiving phase differences calculated by the receiving phase difference calculating means Based on the above, it corresponds to the arrangement of each antenna element and Using the least squares method, the phase difference between an arbitrary antenna element and an antenna element is equalized in phase with respect to the largest received wave having the largest power among the received waves received by the plurality of antenna elements. Regression plane calculating means for calculating the first regression plane by regressing on the first regression plane; and a position between any two adjacent antenna elements of the first regression plane calculated by the regression plane calculation means. A transmission phase difference calculating means for calculating a transmission phase difference by multiplying the phase difference by a ratio of a predetermined transmission frequency to a predetermined reception frequency. Thereby, a plurality of beams are formed corresponding to a plurality of predetermined beam directions, a plurality of beam reception signals corresponding to the plurality of formed beams can be received, and without using the direction sensor, Further, even in an environment where a plurality of multiplexed waves arrive or a phase uncertainty occurs in a received phase difference, a transmission main beam can be formed in a direction of a received wave received with the maximum power, and the operation is simple. A simple array antenna control device can be provided.

【0100】また、請求項3記載のアレーアンテナの制
御装置は、請求項1又は2記載のアレーアンテナの制御
装置においてさらに、上記回帰平面演算手段で演算され
た1次回帰平面上の互いに隣接する任意の2つのアンテ
ナ素子間の位相差を、−πから+πまでの範囲の値とな
る位相差に変換する位相補正手段を備え、上記送信位相
差演算手段は、上記位相補正手段で変換された位相差に
上記受信周波数に対する上記送信周波数の比を乗算して
送信位相差を演算している。 これによって、隣接する
アンテナ素子間の位相差がπ又は−πの近傍の値の場合
でも、方位センサを用いることなく、また複数の多重波
が到来する環境、もしくは受信位相差に位相不確定が生
じる場合においても、最大の電力で受信された受信波の
方向に送信主ビームを形成することができ、しかも演算
が簡単なアレーアンテナの制御装置を提供できる。
The array antenna control device according to a third aspect of the present invention is the array antenna control device according to the first or second aspect, further comprising: Phase correction means for converting a phase difference between any two antenna elements into a phase difference having a value in a range from -π to + π, wherein the transmission phase difference calculation means is converted by the phase correction means. The transmission phase difference is calculated by multiplying the phase difference by the ratio of the transmission frequency to the reception frequency. Thereby, even when the phase difference between adjacent antenna elements is a value near π or −π, the phase uncertainty is determined without using the azimuth sensor and in the environment where a plurality of multiplexed waves arrive or the reception phase difference. Even when this occurs, a transmission main beam can be formed in the direction of the received wave received with the maximum power, and a control device for an array antenna that can be easily operated can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る第1の実施形態である通信用ア
レーアンテナの自動ビーム捕捉追尾装置の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an automatic beam acquisition and tracking device for a communication array antenna according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の最大比合成回路4の構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a maximum ratio combining circuit 4 of FIG.

【図3】 図1の送信ウエイト演算回路30の構成を示
すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a transmission weight calculation circuit 30 of FIG. 1;

【図4】 図3の位相差補正部302で実行する位相補
正処理のフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart of a phase correction process executed by a phase difference correction unit 302 in FIG. 3;

【図5】 図3の最小2乗回帰処理部における受信位相
の最小2乗法による1次平面への回帰処理を示す説明図
である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a regression process of a reception phase to a primary plane by a least square method in a least square regression processing unit in FIG. 3;

【図6】 本発明に係る第2の実施形態である通信用ア
レーアンテナの自動ビーム捕捉追尾装置の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an automatic beam acquisition and tracking device for a communication array antenna according to a second embodiment of the present invention.

【図7】 図6の最大比合成回路4aの構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a maximum ratio combining circuit 4a of FIG. 6;

【図8】 本発明に係る変形例の通信用アレーアンテナ
の自動ビーム捕捉追尾装置のアレーアンテナ100にお
けるアンテナ素子の配置を示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing the arrangement of antenna elements in an array antenna 100 of a communication array antenna automatic tracking and tracking apparatus according to a modification of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…アレーアンテナ、 2…低雑音増幅器、 3…ダウンコンバータ、 4,4a…最大比合成回路、 5…復調器、 6,6−1乃至6−N…直交変調器、 7…アップコンータ、 8…送信電力増幅器、 9…同相分配器、 10…第2の送信局部発振器、 11…第1局部発振器、 12…第2局部発振器、 13−1乃至13−N…位相・振幅補正部、 14…第1の送信局部発振器、 31−1乃至31−(N−1),32−1乃至32−
(N−2),41−1乃至33−1乃至33−(N−
1)…位相差演算部、 34−1乃至34−(N−2),35−1乃至35−
(N−2),45,47…加算器、 36−1乃至36−N,38−1乃至38−N,44−
1乃至44−N,303…乗算器、 37−1乃至37−N…複素数演算部、 41−N,46−1乃至46−N…複素共役積演算部、 42−1乃至42−N…低域通過フィルタ、 43−1乃至43−N…遅延回路、 48…平方根演算部、 49…除算器、 30…送信ウエイト演算回路、 50…DBF回路、 60…ビーム選択回路、 70…ウエイト分解回路、 301…最小2乗回帰処理部、 302…位相差補正部、 A1乃至AN…アンテナ素子、 CI−1乃至CI−N…サーキュレータ、 RM−1乃至RM−N…受信モジュール、 AD−1乃至AD−N…A/D変換器、 QD−1乃至QD−N…準同期検波回路、 QM−1乃至QM−N…直交変調回路、 TM−1乃至TM−N…送信モジュール。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Array antenna, 2 ... Low noise amplifier, 3 ... Down converter, 4, 4a ... Maximum ratio combining circuit, 5 ... Demodulator, 6, 6-1 thru 6-N ... Quadrature modulator, 7 ... Up converter, 8 ... 9: in-phase distributor, 10: second local oscillator, 11: first local oscillator, 12: second local oscillator, 13-1 to 13-N: phase / amplitude corrector, 14 ... 1 transmission local oscillator, 31-1 to 31- (N-1), 32-1 to 32-
(N-2), 41-1 through 33-1 through 33- (N-
1)... Phase difference calculator, 34-1 to 34- (N-2), 35-1 to 35-
(N-2), 45, 47... Adders, 36-1 to 36-N, 38-1 to 38-N, 44-
1 to 44-N, 303: multiplier; 37-1 to 37-N: complex number operation unit; 41-N, 46-1 to 46-N: complex conjugate product operation unit; 42-1 to 42-N: low Band-pass filters, 43-1 to 43-N delay circuits, 48 square root calculation units, 49 dividers, 30 transmission weight calculation circuits, 50 DBF circuits, 60 beam selection circuits, 70 weight separation circuits, 301: least square regression processing unit; 302: phase difference correction unit; A1 to AN: antenna elements; CI-1 to CI-N: circulator; RM-1 to RM-N: receiving module; AD-1 to AD- N: A / D converter; QD-1 to QD-N: quasi-synchronous detection circuits; QM-1 to QM-N: quadrature modulation circuits; TM-1 to TM-N: transmission modules.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01Q 3/26 - 3/42 H01Q 25/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01Q 3/26-3/42 H01Q 25/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所定の配置形状で近接して並置された複
数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを制御するた
めのアレーアンテナの制御装置において、 上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信さ
れた複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用
いて互いに直交する各2つの直交ベースバンド信号に変
換する変換手段と、 上記変換手段で変換された各2つの直交ベースバンド信
号に基づいて、上記複数のアンテナ素子のうちの所定の
基準のアンテナ素子で受信された受信信号と、上記複数
のアンテナ素子のうちの任意のアンテナ素子で受信され
た受信信号の共役複素数との複素共役積である当該任意
のアンテナ素子に対応する受信ウエイトを演算する受信
ウエイト演算手段と、 上記受信ウエイト演算手段で演算された上記基準のアン
テナ素子に隣接するアンテナ素子に対応する受信ウエイ
トと、上記受信ウエイト演算手段で演算された上記基準
のアンテナ素子に対応する受信ウエイトの共役複素数と
の複素共役積である第1の複素共役積に基づいて、上記
基準のアンテナ素子に隣接するアンテナ素子で受信され
た受信信号と、上記基準アンテナ素子で受信された受信
信号との間の第1の位相差を演算する第1の位相差演算
手段と、 上記受信ウエイト演算手段で演算された各受信ウエイト
のうち、互いに隣接するアンテナ素子に対応する2つの
受信ウエイトに基づいて、当該2つの受信ウエイトのう
ちの一方の受信ウエイトと、他方の受信ウエイトの共役
複素数との複素共役積である第2の複素共役積を演算し
て、上記第2の複素共役積と、上記第1の複素共役積の
共役複素数との複素共役積である第3の複素共役積を演
算する複素共役積演算手段と、 上記複素共役積演算手段で演算された第3の複素共役積
に基づいて、互いに隣接するアンテナ素子で受信された
受信信号の間の位相差と、上記第1の位相差との差であ
る第2の位相差を演算する第2の位相差演算手段と、 上記第1の位相差演算手段で演算された第1の位相差と
上記第2の位相差演算手段で演算された第2の位相差と
に基づいて、任意のアンテナ素子で受信された受信信号
と、上記基準のアンテナ素子で受信された受信信号との
間の受信位相差を演算する受信位相差演算手段と、 上記受信位相差演算手段で演算された上記各受信位相差
に基づいて、上記各アンテナ素子の配置に対応しかつ上
記基準のアンテナ素子に対する任意のアンテナ素子の各
位相差を、最小2乗法を用いて、上記複数のアンテナ素
子で受信された受信波のうちの、電力が最大の受信波で
ある最大受信波に対して等位相の1次回帰平面に回帰さ
せて当該1次回帰平面を演算する回帰平面演算手段と、 上記回帰平面演算手段で演算された1次回帰平面の互い
に隣接する任意の2つのアンテナ素子の間の位相差に、
所定の受信周波数に対する所定の送信周波数の比を乗算
することにより送信位相差を演算する送信位相差演算手
段とを備え、 上記送信位相差演算手段で演算された各2つのアンテナ
素子間の送信位相差で、送信信号を上記各アンテナ素子
から送信することにより、上記最大受信波の方向に送信
主ビームを形成することを特徴とするアレーアンテナの
制御装置。
1. An array antenna control device for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements closely arranged in a predetermined arrangement shape, wherein a plurality of antenna elements received by each of the antenna elements of the array antenna are provided. A conversion unit for converting the received signal into two orthogonal baseband signals orthogonal to each other using a common local oscillation signal; and a plurality of the plurality of orthogonal baseband signals based on the two orthogonal baseband signals converted by the conversion unit. The received signal received by a predetermined reference antenna element of the antenna elements and the complex conjugate product of the conjugate complex number of the received signal received by any of the plurality of antenna elements Receiving weight calculating means for calculating a receiving weight corresponding to the antenna element; and A first complex conjugate that is a complex conjugate product of a reception weight corresponding to an antenna element adjacent to the reference antenna element and a conjugate complex number of the reception weight corresponding to the reference antenna element calculated by the reception weight calculation unit A first phase difference calculating a first phase difference between a received signal received by an antenna element adjacent to the reference antenna element and a received signal received by the reference antenna element based on the product; Calculating means, based on two reception weights corresponding to antenna elements adjacent to each other among the reception weights calculated by the reception weight calculation means, one reception weight of the two reception weights and the other reception weight. A second complex conjugate product, which is a complex conjugate product of the reception weight of the second complex conjugate and the conjugate complex number, is calculated, and the second complex conjugate product and the first complex conjugate product are calculated. Complex conjugate product operation means for calculating a third complex conjugate product that is a complex conjugate product with a complex conjugate product of A second phase difference calculating means for calculating a second phase difference which is a difference between the phase difference between the received signals received by the elements and the first phase difference; and the first phase difference calculating means. Based on the first phase difference calculated by the second phase difference calculating means and the second phase difference calculated by the second phase difference calculating means, a reception signal received by an arbitrary antenna element and a signal received by the reference antenna element A receiving phase difference calculating means for calculating a receiving phase difference between the received signal and the received signal, based on each of the receiving phase differences calculated by the receiving phase difference calculating means, corresponding to the arrangement of the antenna elements; And any antenna for the reference antenna element Using the least squares method, each phase difference of the elements is converted into a first-order regression plane having the same phase with respect to the maximum reception wave having the maximum power among the reception waves received by the plurality of antenna elements. Regression plane calculation means for performing regression to calculate the primary regression plane; and a phase difference between any two adjacent antenna elements of the primary regression plane calculated by the regression plane calculation means,
Transmission phase difference calculation means for calculating a transmission phase difference by multiplying a ratio of a predetermined transmission frequency to a predetermined reception frequency, and a transmission position between each of the two antenna elements calculated by the transmission phase difference calculation means. A controller for an array antenna, wherein a transmission main beam is formed in the direction of the maximum received wave by transmitting a transmission signal from each of the antenna elements with a phase difference.
【請求項2】 等間隔に近接して並置された複数のアン
テナ素子からなるアレーアンテナを制御するためのアレ
ーアンテナの制御装置において、 上記アレーアンテナの各アンテナ素子でそれぞれ受信さ
れた複数の受信信号をそれぞれ共通の局部発振信号を用
いて互いに直交する各2つの直交ベースバンド信号に変
換する変換手段と、 上記変換手段で変換された各2つの直交ベースバンド信
号に基づいて、所定のビーム形成法を用いて、所定の複
数のビーム方向に対応して複数のビームを形成し、上記
形成された複数のビームに対応する複数のビーム受信信
号を生成するビーム形成手段と、 上記ビーム形成手段で生成された複数のビーム受信信号
のうち、所定のしきい値以上の電力を有するビーム受信
信号を選択して少なくとも1つのビーム受信信号を出力
するビーム選択手段と、 上記ビーム選択手段で選択されたビーム受信信号のうち
の基準のビーム受信信号と、上記ビーム選択手段で選択
されたビーム受信信号のうちの任意のビーム受信信号の
共役複素数との複素共役積である当該任意のビームに対
応する受信ビームウエイトを演算する受信ビームウエイ
ト演算手段と、 上記受信ビームウエイト演算手段で演算された受信ビー
ムウエイトに基づいて、上記各アンテナ素子に対応する
各受信ウエイトを演算する受信ウエイト演算手段と、 上記受信ウエイト演算手段で演算された受信ウエイトの
うち、上記複数のアンテナ素子のうちの所定の基準のア
ンテナ素子に隣接するアンテナ素子に対応する受信ウエ
イトと、上記基準のアンテナ素子に対応する受信ウエイ
トの共役複素数との複素共役積である第1の複素共役積
に基づいて、上記基準のアンテナ素子に隣接するアンテ
ナ素子で受信された受信信号と、上記基準アンテナ素子
で受信された受信信号との間の第1の位相差を演算する
第1の位相差演算手段と、 上記受信ウエイト演算手段で演算された受信ウエイトの
うち、互いに隣接するアンテナ素子に対応する2つの受
信ウエイトに基づいて、当該2つの受信ウエイトのうち
の一方の受信ウエイトと、他方の受信ウエイトの共役複
素数との複素共役積である第2の複素共役積を演算し
て、上記第2の複素共役積と、上記第1の複素共役積の
共役複素数との複素共役積である第3の複素共役積を演
算する複素演算積演算手段と、 上記複素演算積演算手段で演算された第3の複素共役積
に基づいて、互いに隣接するアンテナ素子で受信された
受信信号の間の位相差と、上記第1の位相差との差であ
る第2の位相差を演算する第2の位相差演算手段と、 上記第1の位相差演算手段で演算された第1の位相差と
上記第2の位相差演算手段で演算された第2の位相差と
に基づいて、任意のアンテナ素子で受信された受信信号
と、上記基準のアンテナ素子で受信された受信信号との
間の受信位相差を演算する受信位相差演算手段と、 上記受信位相差演算手段で演算された上記各受信位相差
に基づいて、上記各アンテナ素子の配置に対応しかつ上
記基準のアンテナ素子に対する任意のアンテナ素子の各
位相差を、最小2乗法を用いて、上記複数のアンテナ素
子で受信された受信波のうちの、電力が最大の受信波で
ある最大受信波に対して等位相の1次回帰平面に回帰さ
せて当該1次回帰平面を演算する回帰平面演算手段と、 上記回帰平面演算手段で演算された1次回帰平面の互い
に隣接する任意の2つのアンテナ素子の間の位相差に、
所定の受信周波数に対する所定の送信周波数の比を乗算
することにより送信位相差を演算する送信位相差演算手
段とを備え、 上記送信位相差演算手段で演算された各2つのアンテナ
素子間の送信位相差で、送信信号を上記各アンテナ素子
から送信することにより、上記最大受信波の方向に送信
主ビームを形成することを特徴とするアレーアンテナの
制御装置。
2. An array antenna control device for controlling an array antenna including a plurality of antenna elements juxtaposed closely at equal intervals, comprising: a plurality of reception signals received by each antenna element of the array antenna; Means for converting the two orthogonal baseband signals into two orthogonal baseband signals orthogonal to each other using a common local oscillation signal, and a predetermined beamforming method based on each two orthogonal baseband signals converted by the conversion means. Beam forming means for forming a plurality of beams corresponding to a plurality of predetermined beam directions, and generating a plurality of beam reception signals corresponding to the formed plurality of beams, A beam reception signal having power equal to or higher than a predetermined threshold value is selected from the plurality of beam reception signals, and at least one beam reception signal is selected. Beam selecting means for outputting a received signal, a reference beam receiving signal among the beam receiving signals selected by the beam selecting means, and an arbitrary beam receiving signal among the beam receiving signals selected by the beam selecting means Receiving beam weight calculating means for calculating a receiving beam weight corresponding to the arbitrary beam, which is a complex conjugate product of a complex conjugate with a conjugate complex number of: Receiving weight calculating means for calculating each of the receiving weights corresponding to the elements; of the receiving weights calculated by the receiving weight calculating means, an antenna element adjacent to a predetermined reference antenna element among the plurality of antenna elements; Between the corresponding reception weight and the conjugate complex number of the reception weight corresponding to the reference antenna element. Based on a first complex conjugate product that is a prime conjugate product, a first signal between a received signal received by an antenna element adjacent to the reference antenna element and a received signal received by the reference antenna element is generated. A first phase difference calculating means for calculating a phase difference; and a receiving weight calculated by the receiving weight calculating means, based on two receiving weights corresponding to antenna elements adjacent to each other, based on the two receiving weights. A second complex conjugate product that is a complex conjugate product of one of the reception weights and a conjugate complex number of the other reception weight is calculated, and the second complex conjugate product and the first complex conjugate product are calculated. Complex arithmetic product operation means for calculating a third complex conjugate product that is a complex conjugate product with a conjugate complex number; antennas adjacent to each other based on the third complex conjugate product calculated by the complex arithmetic product operation means A second phase difference calculating means for calculating a second phase difference which is a difference between the phase difference between the received signals received by the elements and the first phase difference; and the first phase difference calculating means. Based on the first phase difference calculated by the second phase difference calculating means and the second phase difference calculated by the second phase difference calculating means, a reception signal received by an arbitrary antenna element and a signal received by the reference antenna element A receiving phase difference calculating means for calculating a receiving phase difference between the received signal and the received signal, based on each of the receiving phase differences calculated by the receiving phase difference calculating means, corresponding to the arrangement of the antenna elements; And, using the least squares method, the phase difference of each antenna element with respect to the reference antenna element is converted into the maximum received wave having the maximum power among the received waves received by the plurality of antenna elements. On the other hand, regression to the first-order linear regression plane A regression plane calculating means for calculating the linear regression plane, the phase difference between any two antenna elements adjacent to each other in the linear regression plane calculated by the regression plane calculating unit,
Transmission phase difference calculation means for calculating a transmission phase difference by multiplying a ratio of a predetermined transmission frequency to a predetermined reception frequency, and a transmission position between each of the two antenna elements calculated by the transmission phase difference calculation means. A controller for an array antenna, wherein a transmission main beam is formed in the direction of the maximum received wave by transmitting a transmission signal from each of the antenna elements with a phase difference.
【請求項3】 上記アレーアンテナの制御装置はさら
に、上記回帰平面演算手段で演算された1次回帰平面上
の互いに隣接する任意の2つのアンテナ素子間の位相差
を、−πから+πまでの範囲の値となる位相差に変換す
る位相補正手段を備え、 上記送信位相差演算手段は、上記位相補正手段で変換さ
れた位相差に上記受信周波数に対する上記送信周波数の
比を乗算して送信位相差を演算することを特徴とする請
求項1又は2記載のアレーアンテナの制御装置。
3. The array antenna control device further includes a phase difference between any two adjacent antenna elements on the primary regression plane calculated by the regression plane calculation means, the phase difference being from -π to + π. Phase correction means for converting the phase difference into a value within a range, wherein the transmission phase difference calculation means multiplies the phase difference converted by the phase correction means by a ratio of the transmission frequency to the reception frequency to transmit a signal. 3. The control device for an array antenna according to claim 1, wherein a phase difference is calculated.
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