JP3556534B2 - Direction measuring device and direction measuring method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、指向性を有するビームを回転または走査するアンテナを用いて到来する電磁波を捕捉し、その電磁波の到来方位を測定する方位測定装置及び方位測定方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、指向性ビームを回転させるアンテナにより到来する電磁波を捕捉し、その到来方位を測定する方位測定装置では、アンテナの回転ビームを方位方向で360度にわたり一回転させて捕捉した電磁波の方探信号波形は、図7及び図8にそれぞれ示すようになり、低い周波数の受信電磁波は図7に示すように、到来方位方向において緩やかな波形となり、高い周波数の受信電磁波では図8に示すように鋭くシャープな波形となる。
【0003】
図7及び図8は、横軸に回転ビームの方位角度を、また縦軸に信号レベルを示しているが、いずれにしても電磁波の到来方位は、電磁波が最も強く受信された方位、すなわち波形の最大ピーク値を示す方位である。
【0004】
図7及び図8に示した電磁波の方探信号波形から、自動的に電磁波の到来方位を読み取る方法には、波形のピークサーチ処理を行ない、このサーチ結果により、最大ピーク値を求めて到来方位を決定する方法がある。
【0005】
しかしながら、図8に示すように、方探信号波形は高い周波数の電磁波を受信した場合には、最大ピーク部分における波形がシャープになるので、比較的到来方位が求めやすくはなるが、受信周波数が低くなるにつれて、図7に示すように、最大ピーク部分が緩やかな波形となるので、低い受信周波数では方位の決定が困難になるか、たとえ決定したとしても大きな誤差を生じやすい傾向を示す。
【0006】
また、受信周波数が高い場合でも、方探信号波形には多くの場合雑音が重畳され、波形が乱れるので正確な方位決定は容易でなかった。
【0007】
そこで、比較的雑音をより抑圧して自動的に到来方位を読み取る他の方法に、方探信号波形を方位方向にサンプリングを行った後、予め用意された基準パターンと相関処理を行い、その相関値の最大ピーク値が得られた方位を求める方法が考えられている。
【0008】
すなわち、相関処理により方位を測定する装置は図9に示すように構成され、アンテナ11から得られた回転ビームを受信部12で電磁波の捕捉結果を含むビーム波形を受信処理用に特定された中間周波数信号に変換した後、方探波形成形部13で方探信号波形を成形し、その方探信号波形をA/D変換部14で方位方向にサンプリングを行った後、相関処理部15において、予め基準波形生成部16で用意された波形の基準パターンと、A/D変換部14からのデジタル方探波形との相関値を抽出し、信号処理部17において、その相関値の最大ピーク値の位置から電磁波の到来方位を測定するものである。
【0009】
従って、図9の相関処理部15での相関処理によっても、到来方位方向では、その受信周波数が低い場合は図10に示すように緩やかな方探信号波形が、また受信周波数が高い場合は図11に示すようにシャープな方探信号波形が得られるが、ピークサーチ処理と相違し、比較的雑音成分が抑圧された単一波形の方位波形が得られる。しかしながら、分解能をより高め高精度で到来方位を測定しようとすると、方位方向に対するA/D変換部14でのサンプリング間隔をより細かくすることが要求されるので、相関処理部15での処理データの増大化は避けられなかった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来考えられた方位測定方法では、到来電磁波の周波数が低い場合には、方探信号波形が緩やかになり、到来方位の高精度な決定を困難にし、また雑音等の重畳により到来方位の測定結果に大きな誤差を含みやすいという問題があった。
【0011】
また、相関処理により到来電磁波の方位を測定する場合でも、より高精度な方位測定結果を得ようとすると、サンプリング間隔を細かくする必要があるので、それだけ相関処理部における演算量は膨大となり、演算処理に多くの時間を要するという問題が生じた。
【0012】
そこでこの発明は、方探信号波形が緩やかな場合でも、電磁波の到来方位をより正確に、また短時間に測定可能な方位測定装置及び方位測定方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明は.上記従来の課題を解決するためになされたもので、第1の発明は指向性を有するビームを回転または走査して、到来電磁波を捕捉するアンテナと、このアンテナより得られた捕捉結果を含むビーム波形を受信処理用に特定された中間周波数信号に変換する受信部と、この受信部の変換出力に基づき前記電磁波の到来方位で最大振幅を示す方探信号波形を成形する方探波形成形部と、この方探波形成形部で成形された方探信号波形を第1のサンプリング周期でA/D変換を行いデジタル方探波形を生成するA/D変換部と、このA/D変換部で生成されたデジタル方探波形に対して、予め設定された前記アンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示して前記デジタル方探波形と略同一周波数からなる第1の基準波形を生成する第1の基準波形生成部と、この第1の基準波形生成部からの前記第1の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第1のインパルス応答波形を生成する第1の相関処理部と、この第1の相関処理部で生成された前記第1のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲に対し、前記第1の基準波形に対応した第2の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第2のインパルス応答波形を生成する第2の相関処理部と、この第2の相関処理部で成形された第2のインパルス応答波形に基づき前記電磁波の到来方位を算出する信号波形処理部とを具備することを特徴とする。
【0014】
このように、第1の発明装置は、第1及び第2の相関処理部で、予め設定されたアンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示す第1の基準波形、及び第1の基準波形に対応した第2の基準波形を基準として、それぞれ単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせた相関処理により、電磁波の到来方位で最大ピーク値を示すインパルス応答波形を成形して電磁波の到来方位を算出するように構成したので、到来方位で鋭いピークを有し、かつ到来方位以外におけるピークの出現を低減させたインパルス応答波形が形成され、電磁波の到来方位を正確に求めることができる。
【0015】
また、この発明装置では、第1の相関処理部に加えて、第2の相関処理部を構成し、第1のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲に対し、第2の基準波形を基準として相関処理を行うので、第1の相関処理部では方位方向360度にわたり比較的粗いサンプリング間隔でその到来方位を求めた後、第2の相関処理部ではその到来方位を中心とした狭い領域に限定してよりきめ細かな相関処理演算を行うことができるので、各相関処理部全体の演算データ量を大幅に削減することができ、迅速に到来方位を求めることができる。
【0016】
第2の発明は、方位測定方法において、指向性を有するビームを回転または走査して、到来電磁波を捕捉するアンテナより得られた捕捉結果を含むビーム波形を受信処理用に特定された中間周波数信号に変換した後、前記電磁波の到来方位で最大振幅を示す方探波形を成形し、この方探波形を第1のサンプリング周期でA/D変換してデジタル方探波形を形成した後、予め求められた前記アンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示し、デジタル方探波形と略同一周波数である第1の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせて相関処理を行うことにより、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第1のインパルス応答波形を成形し、生成された前記第1のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲に対し、前記第1の基準波形に対応した第2の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第2のインパルス応答波形を生成した後、この第2のインパルス応答波形に基づき前記電磁波の到来方位を測定することを特徴とする。
【0017】
このように、第2の発明においても、第1及び第2の相関処理部において、第1の基準波形及び第2の基準波形を基準として、それぞれ単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせた相関処理を施し、電磁波の到来方位で最大ピーク値を示すインパルス応答波形を成形して電磁波の到来方位を算出するので、到来方位以外での波形ピークの出現は低減され、より高精度に電磁波の到来方位を測定することができる。
【0018】
また、この発明装置では、第1の相関処理に加えて、第2の相関処理を施すので、第1の相関処理部では方位方向に比較的粗いサンプリング周期でその到来方位を求め、第2の相関処理ではその到来方位を中心とした狭い領域に限定してよりきめ細かな相関処理演算を行うことができるので、各相関処理での全体の演算時間は大幅に短縮され、迅速に到来方位を測定することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による方位測定装置及び方位測定方法の一実施の形態を図1ないし図5を参照して詳細に説明する。なお、図9に示した構成と同一構成には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0020】
図1は、この発明による方位測定装置の一実施の形態を示した構成図で、図2は例えば単一方向からの到来電磁波を捕捉するアンテナのアンテナパターン図を示している。
【0021】
すなわち、図1において、アンテナ11は、図2で示すように指向性を有するアンテナビームAを形成して、矢印Z1方向に方位方向に360度回転または走査させることで、到来電磁波(図2中で示すように、例えば方位一45度方向から到来する電磁波)を捕捉する。
【0022】
このアンテナ11により得られ、電磁波の捕捉結果を含むアンテナビーム波形信号は、受信部12に供給される。受信部12に供給されたアンテナビーム波形信号は、受信処理用に特定された中間周波数信号に変換され、方探波形成形部13に供給される。方探波形成形部13に供給された中間周波数信号は、ここで電磁波の到来方位(−45度の方位)で最大振福を示す方探波形に成形され、この成形された方探波形信号はA/D変換部14に供給される。A/D変換部14は方位方向360度に亘り、方位方向に比較的粗いサンプリング周期により方探波形信号をA/D変換し、デジタル方探波形を形成する第1の相関処理部18に供給する。
【0023】
第1の相関処理部18には、アンテナ11のアンテナビーム送信初期方位で最大振幅を示す方探波形と略同一周波数からなる第1の基準波形を格納した第1の基準波形部16が接続されていて、その第1の基準波形を基準に、入力されたデジタル方探波形は、単位時間当たりの波形変化成分が抽出されて組み合わされ、電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第1のインパルス応答波形を成形する。
【0024】
すなわち、第1の相関処理部18の動作原理を図3及び図4を参照して説明する。いま、第1の相関処理部18に第1のインパルス応答波形が入力されたと仮定し、図3に示すように、第1の基準波形とその第1のインパルス応答波形とのコンボリューション(convolution)、つまり畳み込み演算処理を行った場合、到来電磁波の方位を示すデジタル方探波形が形成される。
【0025】
従って反対に、図4に示すように、第1の相関処理部18は、A/D変換部14からのデジタル方探波形を入力して、アンテナビーム送信初期方位(図4中では0度の方位)で最大振幅を示す第1の基準波形を与え、畳み込み演算の逆演算に相当するデコンボリューション処理を実行することにより、電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第1のインパルス応答波形を求めることができる。
【0026】
つまり、この実施の形態の第1の相関処理部18は、到来電磁波のデジタル方探波形に対して、第1の基準波形を基準として、単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせるデコンボリューション処理を行うことによって、到来電磁波の方位にシャープな第1のインパルス応答波形を得るものである。
【0027】
なお、この第1のインパルス応答波形において、デジタル方探波形の方位方向1周期(360度)にわたる時間をTとし、インパルスが得られる時間位置をtとすると、電磁波の到来方位θは次式で表わされる。
【0028】
θ=(t/T)×2π〔rad〕
ここで、得られたインパルスの時間位置tでは、低い周波数の到来電磁波にも、上述したピークサーチや図9に示した装置の相関処理等で得られる緩やかな波形とは異なり、到来方位において比較的較的シャープなピーク波形を得ることができる。
【0029】
このように、周波数の低い到来電磁波においても、比較的シャープなピーク波形を有する第1のインパルス応答波形は、図1に示すデータ補間部19に供給される。
【0030】
データ補間部19は、適応DCT(adaptive Discrete Transform)で構成され、入力データの動きに合わせて随時符号化パラメータを変化させることで、A/D変換部14におけるサンプリング周期の間を補間し、きめの細かい第1のインパルス応答波形を形成して、フィルタ部20に供給する。
【0031】
フィルタ部20に供給された第1のインパルス応答波形は、フィルタリングにより滑らかな第1のインパルス応答波形に成形され、第2の相関処理部21に供給される。
【0032】
第2の相関処理部21は、フィルタリングにより滑らかに整形された第1のインパルス応答波形から、電磁波のおおよその到来方位θを測定するとともに、その電磁波の到来方位θを中心にした所定方位角度範囲内において第1の相関処理部18と同様な相関処理を行い、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第2のインパルス応答波形を成形する。
【0033】
すなわち、第2の相関処理部21は、第1の相関処理部18と同様に構成され、予め求められた前記アンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示し、前記第1のインパルス応答波形と略同一周波数である第2の基準波形を生成する第2の基準波形生成部22が接続され、その第2の基準波形を基準として、前記第1のインパルス応答波形に対し、選択された所定方位角度範囲内における単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせて、デコンボリューション処理を行い、到来電磁波の方位にシャープな第2のインパルス応答波形を得るものである。
【0034】
つまり、第2の相関処理部21は、図5及び図6にそれぞれ示したように、方探波形成形部13で得られた方探波形信号に対し、その概略方位(θ)を中心にして方位方向に比較的狭い範囲(φ)を設定し、第2の基準波形と相関処理を行うので、少ないデコンボリューション処理演算にもかかわらず、より細かく、高分解能を呈する第2のインパルス応答波形を得ることができ、信号処理部17において、周波数の比較的低い到来電磁波に対しても、雑音を抑圧して到来電磁波の方位を高精度に測定することができる。
【0035】
なお、上記実施の形態において、各相関処理部(18,21)では、インパルス応答波形の最大ピーク値を1に正規化して、このインパルス応答波形をn(nは整数)乗してより良好なインパルス応答波形を得るようにしても良い。
【0036】
以上説明のように、本発明装置及び本発明方法によれば、第1及び第2の相関処理部で、予め求められたアンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示す第1の基準波形、及び第1の基準波形に対応した第2の基準波形を基準として、それぞれ単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせた相関処理を施し、電磁波の到来方位で最大ピーク値を示すインパルス応答波形を成形して電磁波の到来方位を算出するように構成したので、到来電磁波方位で鋭いピークを呈し、かつ到来電磁波以外の方位におけるピークの出現を低減させたインパルス応答波形の形成により、雑音を抑圧し、電磁波の到来方位を正確に求めることができる。
【0037】
また、第1の相関処理部に加えて、第2の相関処理部を構成し、第1のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲(φ)に対し、さらに第2の基準波形を基準として相関処理を行うので、第1の相関処理部では方位方向360度にわたり比較的粗いサンプリング間隔でその概略の到来方位を求め、第2の相関処理部ではその到来方位を中心とした狭い領域に限定してよりきめ細かな相関処理演算を行うことができるので、全体としてデータ量を減少させることができ、相関処理部における演算時間を大幅に短縮することができる。
【0038】
すなわち、本願発明によれば、2段階でのコンボリューション処理により、到来方位にシャープなインパルス応答波形を得るので、格別複雑な波形処理を行うことなく、雑音等を除去し迅速かつ高精度に到来方位を測定することができ、装置の小型化をも実現することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、アンテナにより捕捉された電磁波の到来方位をより正確にかつ迅速に測定可能な方位測定装置及び方位測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による方位測定装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図2】図1に示す装置において、単一方向から到来する電磁波を捕捉するアンテナのアンテナパターン図である。
【図3】図1に示す装置における第1の相関処理部の処理動作を説明するためのコンボリューション処理説明図である。
【図4】図1に示す装置における第1の相関処理部の処理動作を説明するデコンボリューション処理説明図である。
【図5】図1に示す装置において、周波数の低い到来電磁波に対して第2の相関処理部における演算処理範囲を示す図である。
【図6】図1に示す装置において、周波数の高い到来電磁波に対して第2の相関処理部における演算処理範囲を示す図である。
【図7】従来の方位測定における低い周波数の電磁波の方探信号波形図である。
【図8】従来の方位測定における高い周波数の電磁波の方探信号波形図である。
【図9】従来の方位測定装置を示す構成図である。
【図10】図7に示す装置において、周波数の低い到来電磁波に対する相関処理部における処理波形図である。
【図11】図7に示す装置において、周波数の高い到来電磁波に対する相関処理部における処理波形図である。
【符号の説明】
11 アンテナ
12 受信部
13 方探波形成形部
14 A/D変換部
15 相関処理部
16 基準波形生成部
17 信号処理部
18 第1の相関処理部
19 データ補間部
20 フィルタ部
21 第2の相関処理部
22 第2の基準波形生成部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an azimuth measuring device and an azimuth measuring method for capturing an arriving electromagnetic wave by using an antenna that rotates or scans a beam having directivity and measuring the azimuth of arrival of the electromagnetic wave.
[0002]
[Prior art]
In general, an azimuth measuring device that captures an electromagnetic wave arriving by an antenna that rotates a directional beam and measures the azimuth of arrival is a direction finding signal of the electromagnetic wave captured by rotating the rotating beam of the antenna 360 degrees in the azimuth direction. The waveforms are as shown in FIGS. 7 and 8, respectively. The low-frequency reception electromagnetic wave has a gentle waveform in the direction of arrival as shown in FIG. 7, and the high-frequency reception electromagnetic wave has a sharp waveform as shown in FIG. It has a sharp waveform.
[0003]
7 and 8 show the azimuth angle of the rotating beam on the horizontal axis and the signal level on the vertical axis. In any case, the arrival direction of the electromagnetic wave is the azimuth at which the electromagnetic wave was most strongly received, that is, the waveform. Is the azimuth indicating the maximum peak value.
[0004]
In the method of automatically reading the arrival direction of the electromagnetic wave from the direction search signal waveform of the electromagnetic wave shown in FIGS. 7 and 8, a peak search process of the waveform is performed, and a maximum peak value is obtained from the search result to obtain the arrival direction. There is a way to determine
[0005]
However, as shown in FIG. 8, when the direction signal waveform receives a high-frequency electromagnetic wave, the waveform at the maximum peak becomes sharp, so that it is relatively easy to obtain the direction of arrival. As the frequency becomes lower, as shown in FIG. 7, the maximum peak portion becomes a gentle waveform, so that it is difficult to determine the azimuth at a low reception frequency, or even if it is determined, a large error tends to occur.
[0006]
In addition, even when the reception frequency is high, noise is often superimposed on the direction search signal waveform, and the waveform is disturbed, so that accurate azimuth determination has not been easy.
[0007]
Therefore, in another method of automatically reading the direction of arrival by relatively suppressing noise more, after sampling the direction finding signal waveform in the direction of azimuth, performing correlation processing with a reference pattern prepared in advance, A method of finding the direction at which the maximum peak value was obtained has been considered.
[0008]
That is, the apparatus for measuring the azimuth by the correlation process is configured as shown in FIG. 9, and the
[0009]
Accordingly, even in the correlation process by the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the azimuth measurement method considered conventionally, when the frequency of the arriving electromagnetic wave is low, the waveform of the direction signal becomes gentle, making it difficult to determine the azimuth of arrival with high accuracy. There is a problem that the measurement result of the direction of arrival tends to include a large error.
[0011]
Also, even when measuring the direction of an incoming electromagnetic wave by correlation processing, it is necessary to make the sampling interval finer in order to obtain a more accurate direction measurement result. There has been a problem that processing takes a lot of time.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to provide an azimuth measuring apparatus and an azimuth measuring method capable of measuring the arrival direction of an electromagnetic wave more accurately and in a short time even when the direction signal waveform is gentle.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to: In order to solve the above-mentioned conventional problems, a first invention is to rotate or scan a directional beam to capture an incoming electromagnetic wave, and to provide a beam including a capture result obtained from the antenna. A receiving unit that converts a waveform into an intermediate frequency signal specified for reception processing, and a direction finding waveform forming unit that shapes a direction finding signal waveform that indicates the maximum amplitude in the arrival direction of the electromagnetic wave based on the converted output of the receiving unit. An A / D conversion unit that performs A / D conversion on the direction signal waveform formed by the direction search waveform shaping unit at a first sampling period to generate a digital direction search waveform; and an A / D conversion unit that generates the digital direction search waveform. A first reference waveform for generating a first reference waveform having substantially the same frequency as the digital search waveform by indicating a maximum amplitude in a preset beam transmission initial direction of the antenna with respect to the digital search waveform A waveform change component per unit time of the digital search waveform based on the first reference waveform from the first reference waveform generator, and a combination thereof. A first correlation processing unit that generates a first impulse response waveform indicating a maximum peak value in an arrival direction; and a direction of a maximum peak value of the first impulse response waveform generated by the first correlation processing unit. For a predetermined azimuth range centered on the basis of a second reference waveform corresponding to the first reference waveform, a waveform change component per unit time of the digital search waveform is extracted and combined, and a correlation process is performed. A second correlation processing unit that generates a second impulse response waveform indicating a maximum peak value in the arrival direction of the electromagnetic wave, and a second impulse response waveform formed by the second correlation processing unit based on the second impulse response waveform. Characterized by comprising a signal waveform processing section for calculating the arrival direction of the electromagnetic wave.
[0014]
As described above, in the first invention apparatus, the first and second correlation processing units convert the first reference waveform indicating the maximum amplitude in the preset beam transmission initial azimuth of the antenna and the first reference waveform into the first reference waveform. The impulse response waveform showing the maximum peak value in the arrival direction of the electromagnetic wave is formed by correlation processing in which the waveform change components per unit time are extracted and combined with each other with reference to the corresponding second reference waveform, and the arrival direction of the electromagnetic wave is obtained. Is calculated, an impulse response waveform having a sharp peak in the arrival direction and reducing the appearance of peaks other than the arrival direction is formed, and the arrival direction of the electromagnetic wave can be accurately obtained.
[0015]
Further, in the device of the present invention, a second correlation processing unit is configured in addition to the first correlation processing unit, and a second azimuth range is set to a predetermined azimuth range centered on the azimuth of the maximum peak value of the first impulse response waveform. Since the correlation processing is performed with reference to the second reference waveform, the first correlation processing unit obtains the arrival direction at a relatively coarse sampling interval over 360 degrees in the azimuth direction, and then the second correlation processing unit calculates the arrival direction. Since a finer correlation processing operation can be performed only in a narrow area at the center, the amount of calculation data of each correlation processing unit as a whole can be significantly reduced, and the direction of arrival can be quickly obtained.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, in the azimuth measuring method, an intermediate frequency signal specified for reception processing by rotating or scanning a beam having directivity and obtaining a beam waveform including a capture result obtained from an antenna for capturing an incoming electromagnetic wave. After that, a direction search waveform showing the maximum amplitude in the arrival direction of the electromagnetic wave is formed, and this direction search waveform is A / D-converted at a first sampling period to form a digital direction search waveform, which is obtained in advance. The maximum amplitude in the beam transmission initial direction of the antenna, and extracting a waveform change component per unit time of the digital search waveform with reference to a first reference waveform having substantially the same frequency as the digital search waveform. By performing correlation processing in combination, a first impulse response waveform showing a maximum peak value in the arrival direction of the electromagnetic wave is formed, and the generated first impulse response wave is generated. Extracting a waveform change component per unit time of the digital search waveform from a predetermined azimuth range centered on the azimuth of the maximum peak value with reference to a second reference waveform corresponding to the first reference waveform. Generating a second impulse response waveform having a maximum peak value in the arrival direction of the electromagnetic wave by correlation processing, and then measuring the arrival direction of the electromagnetic wave based on the second impulse response waveform. I do.
[0017]
As described above, also in the second invention, the first and second correlation processing sections extract and combine the waveform change components per unit time, respectively, based on the first reference waveform and the second reference waveform. The impulse response waveform that shows the maximum peak value in the arrival direction of the electromagnetic wave is calculated and the arrival direction of the electromagnetic wave is calculated, so the appearance of waveform peaks other than the arrival direction is reduced, and the electromagnetic wave Can be measured.
[0018]
Further, in the apparatus of the present invention, since the second correlation processing is performed in addition to the first correlation processing, the first correlation processing section obtains the arrival direction at a relatively coarse sampling period in the azimuth direction, and obtains the second direction. In the correlation processing, finer-grained correlation processing calculations can be performed only in a narrow area centered on the direction of arrival, so the overall calculation time in each correlation processing is greatly reduced, and the direction of arrival can be measured quickly. can do.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an azimuth measuring apparatus and an azimuth measuring method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. Note that the same components as those shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
[0020]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an azimuth measuring device according to the present invention, and FIG. 2 is an antenna pattern diagram of an antenna for capturing, for example, an electromagnetic wave arriving from a single direction.
[0021]
That is, in FIG. 1, the
[0022]
An antenna beam waveform signal obtained by the
[0023]
The first
[0024]
That is, the operation principle of the first
[0025]
Therefore, conversely, as shown in FIG. 4, the first
[0026]
That is, the first
[0027]
In this first impulse response waveform, assuming that the time over one cycle (360 degrees) in the azimuthal direction of the digital search waveform is T and the time position at which the impulse is obtained is t, the arrival azimuth θ of the electromagnetic wave is given by the following equation. Is represented.
[0028]
θ = (t / T) × 2π [rad]
Here, at the time position t of the obtained impulse, even the low-frequency arriving electromagnetic wave differs from the gentle waveform obtained by the above-described peak search and the correlation processing of the device shown in FIG. A relatively sharp peak waveform can be obtained.
[0029]
As described above, the first impulse response waveform having a relatively sharp peak waveform is supplied to the
[0030]
The
[0031]
The first impulse response waveform supplied to the
[0032]
The second
[0033]
That is, the second
[0034]
That is, as shown in FIGS. 5 and 6, the second
[0035]
In the above embodiment, in each of the correlation processing units (18, 21), the maximum peak value of the impulse response waveform is normalized to 1, and this impulse response waveform is raised to the power of n (n is an integer) for better performance. An impulse response waveform may be obtained.
[0036]
As described above, according to the apparatus and the method of the present invention, the first and second correlation processing units determine the first reference waveform indicating the maximum amplitude in the beam transmission initial azimuth of the antenna determined in advance, and Based on a second reference waveform corresponding to the first reference waveform, a correlation process is performed by extracting and combining waveform change components per unit time to obtain an impulse response waveform indicating the maximum peak value in the arrival direction of the electromagnetic wave. Since it is configured to calculate the arrival direction of the electromagnetic wave by shaping, it suppresses noise by forming an impulse response waveform that shows a sharp peak in the direction of the arrival electromagnetic wave and reduces the appearance of peaks in directions other than the arrival electromagnetic wave. , The arrival direction of the electromagnetic wave can be accurately obtained.
[0037]
Further, in addition to the first correlation processing unit, a second correlation processing unit is formed, and a second azimuth range (φ) centered on the azimuth of the maximum peak value of the first impulse response waveform is further added to the second azimuth range. Since the correlation processing is performed using the reference waveform as a reference, the first correlation processing unit obtains the approximate arrival direction at a relatively coarse sampling interval over 360 degrees in the azimuth direction, and the second correlation processing unit calculates the approximate arrival direction as the center. Since the finer correlation processing operation can be performed only in the narrow area described above, the data amount can be reduced as a whole, and the calculation time in the correlation processing unit can be greatly reduced.
[0038]
That is, according to the present invention, since a sharp impulse response waveform is obtained in the arrival direction by the convolution processing in two stages, noise and the like can be removed quickly and with high precision without performing any particularly complicated waveform processing. The azimuth can be measured, and the device can be downsized.
[0039]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide an azimuth measuring device and an azimuth measuring method capable of more accurately and quickly measuring the arrival direction of an electromagnetic wave captured by an antenna.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an azimuth measuring device according to the present invention.
FIG. 2 is an antenna pattern diagram of an antenna that captures electromagnetic waves arriving from a single direction in the device shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a convolution process for explaining a processing operation of a first correlation processing unit in the device shown in FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory diagram of a deconvolution process for explaining a processing operation of a first correlation processing unit in the apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram showing a calculation processing range in a second correlation processing unit for an incoming electromagnetic wave having a low frequency in the apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram showing a calculation processing range in a second correlation processing unit for an incoming electromagnetic wave having a high frequency in the apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 7 is a waveform chart of a direction finding signal of a low-frequency electromagnetic wave in a conventional direction measurement.
FIG. 8 is a waveform diagram of a direction search signal of a high-frequency electromagnetic wave in a conventional direction measurement.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a conventional direction measurement device.
FIG. 10 is a processing waveform diagram in a correlation processing unit for an incoming electromagnetic wave having a low frequency in the apparatus shown in FIG. 7;
11 is a processing waveform diagram in a correlation processing section for an incoming electromagnetic wave having a high frequency in the device shown in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
このアンテナより得られた捕捉結果を含むビーム波形を受信処理用に特定された中間周波数信号に変換する受信部と、
この受信部の変換出力に基づき前記電磁波の到来方位で最大振幅を示す方探信号波形を成形する方探波形成形部と、
この方探波形成形部で成形された方探信号波形を第1のサンプリング周期でA/D変換を行いデジタル方探波形を生成するA/D変換部と、
このA/D変換部で生成されたデジタル方探波形に対して、予め設定された前記アンテナのビーム送信初期方位で最大振幅を示して前記デジタル方探波形と略同一周波数からなる第1の基準波形を生成する第1の基準波形生成部と、
この第1の基準波形生成部からの前記第1の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第1のインパルス応答波形を生成する第1の相関処理部と、
この第1の相関処理部で生成された前記第1のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲に対し、前記第1の基準波形に対応した第2の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第2のインパルス応答波形を生成する第2の相関処理部と、
この第2の相関処理部で成形された第2のインパルス応答波形に基づき前記電磁波の到来方位を算出する信号波形処理部と
を具備することを特徴とする方位測定装置。An antenna that rotates or scans a directional beam to capture an incoming electromagnetic wave,
A receiving unit that converts a beam waveform including a capture result obtained from the antenna into an intermediate frequency signal specified for reception processing,
A direction search waveform shaping unit that shapes a direction search signal waveform indicating the maximum amplitude in the arrival direction of the electromagnetic wave based on the converted output of the reception unit,
An A / D conversion unit that performs A / D conversion on the direction signal waveform formed by the direction search waveform shaping unit at a first sampling period to generate a digital direction search waveform;
A first reference having a maximum amplitude in a preset beam azimuth of the antenna and having substantially the same frequency as that of the digital search waveform with respect to the digital search waveform generated by the A / D converter. A first reference waveform generator for generating a waveform;
With reference to the first reference waveform from the first reference waveform generation unit, a waveform change component per unit time of the digital search waveform is extracted and combined, and a maximum value is obtained in the arrival direction of the electromagnetic wave by correlation processing. A first correlation processing unit that generates a first impulse response waveform indicating a peak value;
A second reference waveform corresponding to the first reference waveform is defined as a reference in a predetermined azimuth range centered on the azimuth of the maximum peak value of the first impulse response waveform generated by the first correlation processing unit. A second correlation process of extracting and combining a waveform change component per unit time of the digital direction finding waveform, and generating a second impulse response waveform having a maximum peak value in an arrival direction of the electromagnetic wave by a correlation process. Department and
An azimuth measuring device, comprising: a signal waveform processing unit that calculates an arrival azimuth of the electromagnetic wave based on the second impulse response waveform formed by the second correlation processing unit.
前記第2の相関処理部は、前記第1のインパルス応答波形及び前記第2の基準波形に対して、畳み込み演算の逆演算に相当するデコンボリューション処理を実行することにより前記第2のインパルス応答波形を求める
ことを特微とする請求項1または請求項2に記載の方位測定装置。The first correlation processing unit obtains the first impulse response waveform by performing a deconvolution process corresponding to an inverse operation of a convolution operation on the digital search waveform and the first reference waveform. ,
The second correlation processing section performs a deconvolution process corresponding to an inverse operation of a convolution operation on the first impulse response waveform and the second reference waveform, thereby obtaining the second impulse response waveform. 3. The azimuth measuring device according to claim 1, wherein the azimuth is determined.
生成された前記第1のインパルス応答波形の最大ピーク値の方位を中心にした所定方位範囲に対し、前記第1の基準波形に対応した第2の基準波形を基準として、前記デジタル方探波形の単位時間当たりの波形変化成分を抽出して組み合わせ、相関処理により、前記電磁波の到来方位で最大ピーク値を示す第2のインパルス応答波形を生成した後、この第2のインパルス応答波形に基づき前記電磁波の到来方位を測定することを特徴とする方位測定方法。After rotating or scanning a beam having directivity, after converting a beam waveform including a capture result obtained from an antenna that captures an incoming electromagnetic wave into an intermediate frequency signal specified for reception processing, in the arrival direction of the electromagnetic wave After forming a direction search waveform showing the maximum amplitude, performing A / D conversion on the direction search waveform at the first sampling period to form a digital direction search waveform, the maximum amplitude is obtained at the beam transmission initial direction of the antenna determined in advance. By extracting and combining a waveform change component per unit time of the digital search waveform with reference to a first reference waveform having substantially the same frequency as the digital search waveform, and performing a correlation process, the electromagnetic wave Shaping the first impulse response waveform showing the maximum peak value at the arrival direction of
For a predetermined azimuth range centered on the azimuth of the maximum peak value of the generated first impulse response waveform, the digital search waveform is defined based on a second reference waveform corresponding to the first reference waveform. After extracting and combining the waveform change components per unit time and performing a correlation process to generate a second impulse response waveform indicating the maximum peak value in the arrival direction of the electromagnetic wave, the electromagnetic wave is generated based on the second impulse response waveform. An azimuth measuring method characterized by measuring an arrival azimuth of a vehicle.
前記第2のインパルス応答波形は、前記第1のインパルス応答波形と前記第2の基準波形とに対する、畳み込み演算の逆演算に相当するデコンボリューション処理により求められること
を特徴とする請求項4または請求項5に記載の方位測定方法。The first impulse response waveform is obtained by a deconvolution process corresponding to an inverse operation of a convolution operation on the digital search waveform and the first reference waveform,
5. The method according to claim 4, wherein the second impulse response waveform is obtained by a deconvolution process corresponding to an inverse operation of a convolution operation on the first impulse response waveform and the second reference waveform. Item 6. The azimuth measuring method according to Item 5.
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