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JP7824638B2 - Radio wave transmitter/receiver, distributed phased array antenna system, distributed electromagnetic wave observation data collection system, and distributed synthetic aperture radar system - Google Patents
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JP7824638B2 - Radio wave transmitter/receiver, distributed phased array antenna system, distributed electromagnetic wave observation data collection system, and distributed synthetic aperture radar system - Google Patents

Radio wave transmitter/receiver, distributed phased array antenna system, distributed electromagnetic wave observation data collection system, and distributed synthetic aperture radar system

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JP7824638B2 JP2022114731A JP2022114731A JP7824638B2 JP 7824638 B2 JP7824638 B2 JP 7824638B2 JP 2022114731 A JP2022114731 A JP 2022114731A JP 2022114731 A JP2022114731 A JP 2022114731A JP 7824638 B2 JP7824638 B2 JP 7824638B2
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Description

本発明は、自機の時空間差分情報を取得できる電波送受信機と、複数の電波送受信機を用いた分散型フェーズドアレイアンテナシステムと、複数の電波送受信機を用いた分散型電磁波観測データ収集システムと、複数の電波送受信機を用いた分散型合成開口レーダシステムに関する。 The present invention relates to a radio wave transceiver capable of acquiring its own space-time differential information, a distributed phased array antenna system using multiple radio wave transceivers, a distributed electromagnetic wave observation data collection system using multiple radio wave transceivers, and a distributed synthetic aperture radar system using multiple radio wave transceivers.

複数の小型アンテナでアレイを構成したアレイアンテナにおいて、各アンテナ素子が位相器に接続され、アンテナ間の相対移相量を制御することでビーム形成を行うフェーズドアレイアンテナがある。フェーズドアレイアンテナのビーム制御は、従来の機械駆動式走査型のビーム制御に比較して高速性・制御性の向上、可動部の減少による故障率の低減などのメリットがある。フェーズドアレイアンテナの用途は多岐に渡り、データ転送の効率化のために特定の相手に対して適応的にメインローブを向けることや、情報収集レーダとして用いる例がある。 Among array antennas, which are made up of an array of multiple small antennas, there is a phased array antenna, in which each antenna element is connected to a phase shifter and beamforming is performed by controlling the relative phase shift between the antennas. Compared to conventional mechanically driven scanning beam control, the beam control of a phased array antenna has advantages such as improved speed and controllability, and a reduced failure rate due to fewer moving parts. Phased array antennas have a wide range of uses, including adaptively directing the main lobe toward a specific destination to improve data transfer efficiency, and being used as intelligence gathering radar.

また、人工衛星や航空機等の飛翔体に搭載したレーダが移動しながら地上に電波を発射し、その反射波を受信して合成することにより、比較的小さい開口のアンテナで、実効的に大開口のアンテナを合成できるようにした合成開口レーダ(SAR:Synthetic Aperture Radar)がある。SARは全天候性で、かつ昼夜の区別なく高分解能で地形等の映像を得ることができるので、地球観測や惑星探査等に用いられている。そして、フェーズドアレイを用いたSAR(例えば、PALSAR:Phased Array Type L-band Synthetic Aperture Radar)などもある。 Synthetic aperture radar (SAR) is also available, in which radar mounted on a flying object such as a satellite or aircraft emits radio waves to the ground as it moves, receives and combines the reflected waves, and effectively synthesizes a large-aperture antenna using a relatively small aperture antenna. SAR is suitable for all weather conditions and can obtain high-resolution images of terrain, day or night, so it is used for Earth observation and planetary exploration. There are also SARs that use phased arrays (for example, PALSAR: Phased Array Type L-band Synthetic Aperture Radar).

上記のようなフェーズドアレイアンテナ及びそれを応用したSARにおいては、各アンテナ素子が発射した電波を合成して所望のビーム特性を得るために、アンテナ素子間の相対位相制御が重要となる。したがって、一般的には複数のアンテナ素子・位相器は各々結線されており、所望のビーム特性が得られるように各アンテナ素子から発射される電波の相対位相が集中管理的に制御される。 In phased array antennas like those described above and SARs that utilize them, relative phase control between antenna elements is important in order to combine the radio waves emitted by each antenna element to obtain the desired beam characteristics. Therefore, multiple antenna elements and phase shifters are typically individually wired, and the relative phase of the radio waves emitted from each antenna element is centrally controlled to obtain the desired beam characteristics.

また、フェーズドアレイアンテナ及びそれを応用したSARにおいて、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子が各々基準信号発生器や増幅器を有し、独立して自身の位相制御を行う分散型アンテナ/分散型SAR技術がある。このような分散型アンテナ/分散型SARでは、各アンテナ素子の配置状態が安定的に保持されていれば、各アンテナ素子の配列に応じた位相調整を行うことで所望のビーム特性を実現できる。しかし、各アンテナ素子の配置状態が変化する場合には、各アンテナ素子間の電波の相対位相を考慮した上で自律制御する必要がある。 Furthermore, in phased array antennas and the SAR that utilizes them, there is distributed antenna/distributed SAR technology, in which each antenna element that makes up the array antenna has its own reference signal generator and amplifier, and independently controls its own phase. With such distributed antennas/distributed SAR, as long as the placement of each antenna element is maintained stably, the desired beam characteristics can be achieved by adjusting the phase according to the arrangement of each antenna element. However, if the placement of each antenna element changes, autonomous control is required, taking into account the relative phase of the radio waves between each antenna element.

例えば、アンテナパネルが折り畳まれた状態で衛星軌道上に打ち上げられた人工衛星がアンテナパネルを展開すると、機械的な歪み、または熱による歪みを受けて、理想的なフェーズドアレイアンテナの放射面形状が得られず、理想的な特性を達成できない。このようなアンテナ形状の歪み等で誘発される位相誤差を光学技術により検出し、これらの誤差を補償するために必要な位相修正値を求め、リアルタイムの形状補償を行う技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。この特許文献1に記載のフェーズドアレイアンテナでは、アンテナパネル毎にモジュール(アンテナ素子・増幅器・位相器・制御器で構成される単位ユニット)として分割されているため、個々のモジュール自体を小型化して重ねるように折り畳むことで、打ち上げ用ロケットの積載物フェアリング内への収納が容易になる。 For example, if a satellite launched into orbit with its antenna panels folded unfolds them, mechanical or thermal distortion occurs, preventing the ideal phased array antenna radiation surface shape and achieving ideal characteristics. A technology has been proposed that uses optical technology to detect phase errors induced by such antenna shape distortion, calculates the phase correction values necessary to compensate for these errors, and performs real-time shape compensation (see, for example, Patent Document 1). In the phased array antenna described in Patent Document 1, each antenna panel is divided into a module (a unit consisting of an antenna element, amplifier, phase shifter, and controller). Therefore, by miniaturizing the individual modules and folding them in a stacked manner, they can be easily stored within the launch vehicle's payload fairing.

また、複数の小型衛星にアンテナ素子がそれぞれ搭載され、複数の小型衛星が協調して、あるいは制御衛星の支援により、位置関係を維持することでフェーズドアレイアンテナを構成する分散型開口システムが提案されている(例えば、特許文献2を参照)。この特許文献2に記載の分散型開口システムでは、小型衛星間、および小型衛星と制御衛星との間の相対位置を一定に維持するために、電磁コイルを使って距離xおよび角度yを維持するように各衛星間の相対距離を変化させる技術が採用されている。 A distributed aperture system has also been proposed in which multiple small satellites are each equipped with an antenna element and maintain their relative positions in cooperation with each other or with the assistance of a control satellite, forming a phased array antenna (see, for example, Patent Document 2). The distributed aperture system described in Patent Document 2 employs technology that uses electromagnetic coils to change the relative distance between each satellite to maintain distance x and angle y, in order to maintain constant relative positions between the small satellites and between the small satellites and the control satellite.

特許第4951622号公報Patent No. 4951622 特許第6506365号公報Patent No. 6506365

しかしながら、特許文献1に記載されたフェーズドアレイアンテナは、独立した位相制御を行うアンテナモジュールが有線接続されて同一の移動体(衛星)に搭載されているため、モジュールの数が増えれば全体としては大型化してしまい、狭小スペースへの収納が困難になる。しかも、特許文献1に記載されたフェーズドアレイアンテナは、アンテナモジュールを任意に再配置することができないため、故障したアンテナモジュールを正常なアンテナモジュールに交換して運用するような柔軟性や、必要に応じてアンテナモジュールの構成数を増減させたりアンテナモジュールの配置構造を変更したりできる拡張性がない。 However, the phased array antenna described in Patent Document 1 has antenna modules that perform independent phase control connected by wire and mounted on the same mobile object (satellite), so as the number of modules increases, the overall size increases, making it difficult to store in a small space. Furthermore, because the phased array antenna described in Patent Document 1 does not allow for arbitrary rearrangement of the antenna modules, it lacks the flexibility to replace a faulty antenna module with a working one and operate it, nor the scalability to increase or decrease the number of antenna modules or change the antenna module arrangement as needed.

一方、特許文献2に記載された分散型開口システムは、複数の移動体(衛星)にそれぞれアンテナ素子が搭載されており、全体としてアレイアンテナを形成するので、故障した移動体を正常なアンテナ素子を持つ移動体に交換して運用するような柔軟性や、必要に応じて移動体の数を増減させたり移動体の配置構造を変更したりできるので、拡張性に優れる。しかし、特許文献2に記載された分散型開口システムでは、個々の移動体が相互の位置関係を維持してアレイを形成する必要があり、位置決めの精度は移動体の移動手段や外乱に依存するため、位置決めずれによる理想的配置からのずれが無視できない誤差となり得る。すなわち、アンテナ素子の理想的な配置状態を保持できなければ、アレイアンテナ全体として発射されるビームの品質が低下する。なお、この課題は移動体にアンテナ素子を搭載した場合に限らず、可搬式の固定型分散アンテナも同様で、各アンテナを設置するときの位置ずれに起因して、アレイアンテナ全体として発射されるビームの品質が低下する。また、特許文献2に記載の分散型開口システムでは、独立した小型衛星をアレイ化しているため、既知のフェーズドアレイアンテナの如く共通クロックによる高精度の時刻同期が行えないため、各小型衛星の時刻ずれに起因して、アレイアンテナ全体として発射されるビームの品質が低下する。また、複数のアンテナ素子が受信した受信信号に適宜な重み付けをして合成することで種々の指向性の受信ビームを形成できるビームフォーミングアンテナにおいても、受信信号に位相ずれがあると、形成するビームの品質が低下する。また、画像取得エリアの上空をアジマス方向へ移動しつつ、パルスの送受信を繰り返して複数のアンテナ素子で得た受信信号を、合成開口レーダ信号処理装置により加工して二次元画像を生成できる合成開口レーダにおいても、送信信号や受信信号に位相ずれがあると、二次元画像の品質が低下する。 On the other hand, the distributed aperture system described in Patent Document 2 has antenna elements mounted on multiple mobile objects (satellites), which collectively form an array antenna. This allows for flexibility, such as replacing a faulty mobile object with one equipped with a functioning antenna element, and allows for the number of mobile objects and the layout of the mobile objects to be increased or decreased as needed, resulting in excellent scalability. However, the distributed aperture system described in Patent Document 2 requires each mobile object to maintain its relative position to form an array. Since the positioning accuracy depends on the means of movement of the mobile object and external disturbances, deviations from the ideal layout due to misalignment can result in significant errors. In other words, if the ideal layout of the antenna elements cannot be maintained, the quality of the beam emitted by the entire array antenna will deteriorate. This issue is not limited to cases where antenna elements are mounted on mobile objects; it also applies to portable, fixed distributed antennas, where misalignment when installing each antenna will deteriorate the quality of the beam emitted by the entire array antenna. Furthermore, because the distributed aperture system described in Patent Document 2 uses an array of independent small satellites, it is not possible to achieve high-precision time synchronization using a common clock, as is the case with known phased array antennas. Therefore, time differences between the small satellites will deteriorate the quality of the beam emitted by the entire array antenna. Furthermore, even in beamforming antennas, which can form receiving beams with various directions by appropriately weighting and combining received signals from multiple antenna elements, phase shifts in the received signals degrade the quality of the formed beam. Similarly, in synthetic aperture radars, which move in the azimuth direction above an image acquisition area and repeatedly transmit and receive pulses from multiple antenna elements, and then process the received signals obtained by the synthetic aperture radar signal processing device to generate two-dimensional images, phase shifts in the transmitted and received signals degrade the quality of the two-dimensional images.

そこで、本発明は、ビーム品質の低下を抑制する補正情報として利用可能な位相ずれ情報を取得できる電波送受信機と、複数の電波送受信機を用いた分散型フェーズドアレイアンテナシステムと、複数の電波送受信機を用いた分散型電磁波観測データ収集システムと、複数の電波送受信機を用いた分散型合成開口レーダシステムの提供を目的とする。 The present invention therefore aims to provide a radio wave transmitter/receiver that can acquire phase shift information that can be used as correction information to prevent degradation of beam quality, a distributed phased array antenna system using multiple radio wave transmitters/receivers, a distributed electromagnetic wave observation data collection system using multiple radio wave transmitters/receivers, and a distributed synthetic aperture radar system using multiple radio wave transmitters/receivers.

上記の課題を解決するために、第1の電波送受信機は、複数のアンテナ素子を配列して所望の指向性を得るフェーズドアレイアンテナシステムを構成する前記アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、時空間差分情報取得部と、移相調整部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、前記移相調整部は、前記時空間差分情報に基づいて、前記時間的誤差及び/または前記空間的誤差を補正するように、前記通信用アンテナから放射する電波の移相量を調整する、ことを特徴とする。 To solve the above problem, the first radio wave transceiver is a radio wave transceiver that can be used as an antenna element in a phased array antenna system in which multiple antenna elements are arranged to obtain a desired directivity, and is equipped with N communication antennas (N is any natural number), a space-time difference information acquisition unit, a phase shift adjustment unit, and a reference oscillator that generates a reference frequency signal. The space-time difference information acquisition unit transmits and receives codes to and from other radio wave transceivers via wireless communication using a synchronization antenna separate from the communication antenna, and measures temporal difference information, which is the temporal error between the reference radio wave transceiver and the radio wave transceiver itself, and spatial difference information, which is the spatial error between the appropriate position of the radio wave transceiver and its current position relative to the reference radio wave transceiver, based on the time difference between the reference oscillators and the propagation delay time associated with the code transmission and reception, and acquires space-time difference information including the temporal difference information and the spatial difference information. The phase shift adjustment unit adjusts the phase shift of the radio waves radiated from the communication antenna based on the space-time difference information to correct the temporal error and/or the spatial error.

さらに、本発明に係る分散型フェーズドアレイアンテナシステムは、第1の電波送受信機を複数用いて構成され、各電波送受信機の前記通信用アンテナから放射される電波の重ね合わせによって特定の指向性をもつ前記フェーズドアレイアンテナシステムを構成することを特徴とする。 Furthermore, the distributed phased array antenna system according to the present invention is characterized in that it is configured using a plurality of first radio wave transceivers, and the phased array antenna system has a specific directivity due to the superposition of radio waves radiated from the communication antennas of each radio wave transceiver.

また、上記の課題を解決するために、第2の電波送受信機は、複数のアンテナ素子を配列して、各アンテナ素子が受信した受信信号に適切な位相シフト処理と適切な重み付け(振幅の増幅・減衰)処理をして合成することで種々の指向性の受信ビームを形成できるビームフォーミングアンテナにおける各アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、時空間差分情報取得部と、各通信用アンテナに対応するN個の信号受信部と、受信データ送信部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する現在の自機の相対位置である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、前記受信データ送信部は、前記信号受信部が受信した受信信号と、その受信タイミングにおける前記時空間差分情報と、自機と他の前記電波送受信機とを識別可能に設定された自機の固有情報と、を紐付けた受信データを機外へ送信する、ことを特徴とする。 In order to solve the above problem, the second radio wave transceiver is a radio wave transceiver that can be used as each antenna element in a beamforming antenna that can form reception beams with various directions by arranging multiple antenna elements and combining the received signals received by each antenna element with appropriate phase shift processing and appropriate weighting (amplitude amplification/attenuation), and is equipped with N communication antennas (N is any natural number), a space-time difference information acquisition unit, N signal receiving units corresponding to each communication antenna, a received data transmission unit, and a reference oscillator that generates a reference frequency signal, and the space-time difference information acquisition unit is configured to acquire the signal by wireless communication using a synchronization antenna separate from the communication antenna. The radio wave transmitter/receiver transmits and receives codes with the other radio wave transmitter/receiver, and measures temporal difference information, which is the time difference between the reference radio wave transmitter/receiver and the radio wave transmitter/receiver itself, and spatial difference information, which is the current position of the radio wave transmitter/receiver relative to the reference radio wave transmitter/receiver, based on the time difference between the reference oscillators and the propagation delay time associated with the code transmission and reception, and obtains spatiotemporal difference information including the temporal difference information and the spatial difference information. The received data transmitter transmits received data linked to the received signal received by the signal receiver, the spatiotemporal difference information at the time of reception, and unique information of the radio wave transmitter/receiver itself that is set to enable identification of the radio wave transmitter/receiver from the other radio wave transmitter/receiver.

さらに、本発明に係る分散型電磁波観測データ収集システムは、第2の電波送受信機を移動体に搭載してなる複数のスレーブモビリティと、少なくとも、複数の前記スレーブモビリティより送信された前記受信データを収集し、収集した前記受信データをまとめて所定のデータ収集所へ転送するデータ中継機を、移動体に搭載してなるマスターモビリティと、を含み、複数の前記スレーブモビリティと前記マスターモビリティを任意に設定した電磁波観測エリアに配置し、各スレーブモビリティからの前記受信データを収集した前記マスターモビリティのみが、収集した前記受信データを電磁波観測データとして前記データ収集所へ転送することを特徴とする。 Furthermore, the distributed electromagnetic wave observation data collection system of the present invention includes a plurality of slave mobility units each equipped with a second radio wave transmitter/receiver mounted on a mobile body, and a master mobility unit each equipped with a data relay unit that collects the received data transmitted from the plurality of slave mobility units and transfers the collected received data to a predetermined data collection center; the plurality of slave mobility units and the master mobility unit are arranged in an arbitrarily set electromagnetic wave observation area, and only the master mobility unit that collects the received data from each slave mobility unit transfers the collected received data to the data collection center as electromagnetic wave observation data.

また、上記の課題を解決するために、第3の電波送受信機は、複数のアンテナ素子を配列し、画像取得エリアの上空をアジマス方向へ移動しつつパルスの送受信を繰り返して得た受信信号を、合成開口レーダ信号処理装置により加工して二次元画像を生成できる合成開口レーダにおける各アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、各通信用アンテナに対応するN個のパルス送受信部と、時空間差分情報取得部と、受信データ送信部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する現在の自機の相対位置である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、前記受信データ送信部は、前記パルス送受信部が受信した反射信号と、前記時空間差分情報取得部が取得した前記時空間差分情報と、自機と他の前記電波送受信機とを識別可能に設定された自機の固有情報と、を受信データとして前記合成開口レーダ信号処理装置へ送信する、ことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the third radio wave transmitter/receiver is a radio wave transmitter/receiver that can be used as each antenna element in a synthetic aperture radar that arranges multiple antenna elements and generates a two-dimensional image by processing the received signals obtained by repeatedly transmitting and receiving pulses while moving in the azimuth direction above an image acquisition area using a synthetic aperture radar signal processing device, and is equipped with N communication antennas (N is any natural number), N pulse transmission/reception units corresponding to each communication antenna, a space-time difference information acquisition unit, a received data transmission unit, and a reference oscillator that generates a reference frequency signal, and the space-time difference information acquisition unit transmits the received data to other radio wave transmitters/receivers via wireless communication using a synchronization antenna separate from the communication antenna. The synthetic aperture radar signal processing device transmits and receives codes to and from the reference radio wave transmitter and receiver, and measures temporal difference information, which is the time difference between the reference radio wave transmitter and receiver and its own device, and spatial difference information, which is its current relative position with respect to the reference radio wave transmitter and receiver, based on the time difference between the respective reference oscillators and the propagation delay time associated with the code transmission and reception, and acquires spatiotemporal difference information including the temporal difference information and the spatial difference information. The received data transmission unit transmits the reflected signal received by the pulse transmission and reception unit, the spatiotemporal difference information acquired by the spatiotemporal difference information acquisition unit, and its own device's unique information, which is set to enable it to distinguish its own device from other radio wave transmitters and receivers, as received data to the synthetic aperture radar signal processing device.

さらに、本発明に係る分散型合成開口レーダシステムは、第3の電波送受信機を移動体に搭載し、前記画像取得エリアに対するパルス信号の送信と反射信号の受信を行うマスター合成開口レーダ装置と、請求項5に記載の電波送受信機を移動体に搭載し、前記マスター合成開口レーダ装置と同じ画像取得エリアに対してパルス信号の送信と反射信号の受信を行うM台(Mは任意の自然数)のスレーブ合成開口レーダ装置と、前記マスター合成開口レーダ装置および前記スレーブ合成開口レーダ装置からの受信データを加工して二次元画像を生成する合成開口レーダ信号処理装置と、を含み、前記スレーブ合成開口レーダ装置は、前記マスター合成開口レーダ装置を基準となる前記電波送受信機として前記時空間差分情報を取得し、少なくとも前記時間的差分情報に基づいて前記時間的誤差を補正する位相調整を行うことで、前記マスター合成開口レーダ装置のパルス送信と同期したパルス信号の送信を行い、前記合成開口レーダ信号処理装置は、前記マスター合成開口レーダ装置および/または前記スレーブ合成開口レーダ装置からの前記受信データにおける反射信号に対して、少なくとも前記時空間差分情報における前記空間的差分情報に基づいて前記空間的誤差を補正する位相調整を行う、ことを特徴とする。 Furthermore, the distributed synthetic aperture radar system according to the present invention includes a master synthetic aperture radar device that is mounted on a mobile body and that transmits pulse signals to the image acquisition area and receives reflected signals from the master synthetic aperture radar device, M slave synthetic aperture radar devices (M is any natural number) that are mounted on a mobile body and that transmit pulse signals to the same image acquisition area as the master synthetic aperture radar device and receive reflected signals from the master synthetic aperture radar device, and a synthetic aperture radar signal processing device that processes the received data from the master synthetic aperture radar device and the slave synthetic aperture radar device to generate a two-dimensional image, and The synthetic aperture radar device acquires the spatiotemporal difference information using the master synthetic aperture radar device as the reference radio wave transceiver, and transmits pulse signals synchronized with the pulse transmission of the master synthetic aperture radar device by performing phase adjustment to correct the temporal error based at least on the temporal difference information, and the synthetic aperture radar signal processing device performs phase adjustment to correct the spatial error for the reflected signals in the received data from the master synthetic aperture radar device and/or the slave synthetic aperture radar device based at least on the spatial difference information in the spatiotemporal difference information.

本発明に係る第1~第3の電波送受信機によれば、他の電波送受信機との間での時空間差分情報を取得できる。よって、第1の電波送受信機を複数用いる分散型フェーズドアレイアンテナシステムは、各電波送受信機が取得した時空間差分情報を補正情報として用いることで、ビーム品質の低下を抑制できる。また、第2の電波送受信機を複数用いる分散型電磁波観測データ収集システムは、各電波送受信機が取得した時空間差分情報を補正情報として用いることで、ビーム品質の低下を抑制できる。また、第3の電波送受信機を複数用いる分散型合成開口レーダシステムは、各電波送受信機が取得した時空間差分情報を補正情報として用いることで、二次元画像の品質低下を抑制できる。 The first to third radio wave transceivers according to the present invention can acquire spatiotemporal difference information between the first and third radio wave transceivers. Therefore, a distributed phased array antenna system using multiple first radio wave transceivers can suppress degradation of beam quality by using the spatiotemporal difference information acquired by each radio wave transceiver as correction information. A distributed electromagnetic wave observation data collection system using multiple second radio wave transceivers can suppress degradation of beam quality by using the spatiotemporal difference information acquired by each radio wave transceiver as correction information. A distributed synthetic aperture radar system using multiple third radio wave transceivers can suppress degradation of two-dimensional image quality by using the spatiotemporal difference information acquired by each radio wave transceiver as correction information.

(A)は本実施形態に係る分散型フェーズドアレイアンテナシステムの概略構成図である。(B)は分散型フェーズドアレイアンテナシステムに用いる第1構成例の電波送受信機の概略構成図である。1A is a schematic configuration diagram of a distributed phased array antenna system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic configuration diagram of a radio wave transmitter/receiver according to a first configuration example used in the distributed phased array antenna system. (A)はリニアアレイアンテナとして機能するように電波送受信機を直線状に等間隔で配置した分散型フェーズドアレイアンテナシステムにおける放射特性の第1例を示すイメージ図である。(B)はリニアアレイアンテナとして機能するように電波送受信機を直線状に等間隔で配置した分散型フェーズドアレイアンテナシステムにおける放射特性の第2例を示すイメージ図である。1A and 1B are conceptual diagrams showing a first example of radiation characteristics of a distributed phased array antenna system in which radio wave transmitters and receivers are arranged at equal intervals in a straight line so as to function as a linear array antenna, respectively. (A)は分散型フェーズドアレイアンテナシステムに用いる各電波送受信機の基準発振器に時間的誤差が無い場合の放射特性を示すイメージ図である。(B)は分散型フェーズドアレイアンテナシステムに用いる各電波送受信機の基準発振器に時間的誤差が有る場合の放射特性を示すイメージ図である。(C)は分散型フェーズドアレイアンテナシステムに用いる各電波送受信機の基準発振器に含まれる時間的誤差を時間的差分情報に基づいて補正した場合の放射特性を示すイメージ図である。(A) is a conceptual diagram showing radiation characteristics when there is no time error in the reference oscillator of each radio wave transmitter and receiver used in the distributed phased array antenna system, (B) is a conceptual diagram showing radiation characteristics when there is a time error in the reference oscillator of each radio wave transmitter and receiver used in the distributed phased array antenna system, and (C) is a conceptual diagram showing radiation characteristics when the time error contained in the reference oscillator of each radio wave transmitter and receiver used in the distributed phased array antenna system is corrected based on time difference information. 分散型フェーズドアレイアンテナシステムに用いる各電波送受信機が相互の位相差を検出して位相同期を図るために行う補正動作の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a correction operation performed by each radio wave transmitter/receiver used in a distributed phased array antenna system to detect a phase difference between them and achieve phase synchronization. 第2構成例の電波送受信機の概略構成図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating the configuration of a radio wave transmitter/receiver according to a second configuration example. 第3構成例の電波送受信機の第略構成図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a radio wave transmitter/receiver according to a third configuration example. (A)は複数台の車両にそれぞれ搭載した電波送受信機を用いた分散型フェーズドアレイアンテナシステムのイメージ図である。(B)は複数の無人航空機にそれぞれ搭載した電波送受信機を用いた分散型フェーズドアレイアンテナシステムのイメージ図である。(A) is a conceptual diagram of a distributed phased array antenna system using radio wave transmitters and receivers mounted on multiple vehicles, and (B) is a conceptual diagram of a distributed phased array antenna system using radio wave transmitters and receivers mounted on multiple unmanned aerial vehicles. 複数台のスレーブモビリティと1台のマスターモビリティとで構成した分散型電磁波観測データ収集システムの概略構成図である。This is a schematic diagram of a distributed electromagnetic wave observation data collection system consisting of multiple slave mobility units and one master mobility unit. (A)はスレーブモビリティに用いる電波送受信機の概略構成図である。(B)はマスターモビリティに用いる電波送受信機の概略構成図である。1A is a schematic diagram of a radio wave transmitter and receiver used for slave mobility, and FIG. 1B is a schematic diagram of a radio wave transmitter and receiver used for master mobility. 1台のマスター合成開口レーダ装置と複数台のスレーブ合成開口レーダ装置と1台の移動型制御装置とで構成した分散型合成開口レーダシステムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a distributed synthetic aperture radar system configured with one master synthetic aperture radar device, multiple slave synthetic aperture radar devices, and one mobile control device. 1台のマスター合成開口レーダ装置とM台のスレーブ合成開口レーダ装置から観測対象物へパルス信号を送信し、1台のマスター合成開口レーダ装置とM台のスレーブ合成開口レーダ装置で反射信号を受信する分散型合成開口レーダシステムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a distributed synthetic aperture radar system in which pulse signals are transmitted from one master synthetic aperture radar device and M slave synthetic aperture radar devices to an object to be observed, and reflected signals are received by one master synthetic aperture radar device and M slave synthetic aperture radar devices. 1台のマスター合成開口レーダ装置から観測対象物へパルス信号を送信し、1台のマスター合成開口レーダ装置とM台のスレーブ合成開口レーダ装置で反射信号を受信する分散型合成開口レーダシステムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a distributed synthetic aperture radar system in which one master synthetic aperture radar device transmits a pulse signal to an object to be observed, and one master synthetic aperture radar device and M slave synthetic aperture radar devices receive the reflected signal.

以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。図1(A)に示すのは、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1で、通信方向に臨む略平坦な面に配置した4つの電波送受信機2(例えば、第1電波送受信機2A、第2電波送受信機2B、第3電波送受信機2C、第4電波送受信機2D)とシステム制御装置11とから成る。なお、適所に分散配置される第1~第4電波送受信機2A~2Dは、何れも共通の機能を備えるものとし(例えば、図1(B)を参照)、第1~第4電波送受信機2A~2Dを区別する必要が無い場合は、単に電波送受信機2とよぶ。また、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する電波送受信機2の利用数は、4機に限定されるものではなく、2機あるいは3機でも良いし、5機以上でも構わない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Figure 1(A) shows a distributed phased array antenna system 1, which comprises four radio wave transceivers 2 (e.g., a first radio wave transceiver 2A, a second radio wave transceiver 2B, a third radio wave transceiver 2C, and a fourth radio wave transceiver 2D) arranged on a substantially flat surface facing the communication direction, and a system control device 11. The first through fourth radio wave transceivers 2A through 2D, which are arranged in appropriate distributed locations, all have common functions (see, for example, Figure 1(B)). When there is no need to distinguish between the first through fourth radio wave transceivers 2A through 2D, they will be simply referred to as radio wave transceivers 2. Furthermore, the number of radio wave transceivers 2 used in the distributed phased array antenna system 1 is not limited to four, but may be two, three, or five or more.

電波送受信機2は、「複数のアンテナ素子を配列して所望の指向性を得るフェーズドアレイアンテシステム」を構成するアンテナ素子として利用可能である。すなわち、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1では、複数の電波送受信機2を配列し、システム制御装置11からの指示により、これら電波送受信機2の全部あるいは一部のアンテナを励振させ、励振振幅と励振位相を制御して得られた電波の重ね合わせによって、所望の指向性を得るのである。 The radio wave transmitter/receiver 2 can be used as an antenna element that constitutes a "phased array antenna system in which multiple antenna elements are arranged to obtain the desired directivity." That is, in the distributed phased array antenna system 1, multiple radio wave transmitters/receivers 2 are arranged, and in response to instructions from the system control device 11, all or some of the antennas of these radio wave transmitters/receivers 2 are excited, and the desired directivity is obtained by superimposing the radio waves obtained by controlling the excitation amplitude and excitation phase.

なお、アレイアンテナは、その配列方法によってリニアアレイ、プレーナアレイ、サーキュラーアレイ、コンフォーマルアレイなどに区分される。さらに、各放射素子の相対位相によってビーム方向や放射パターンの制御を行うアレイアンテナを、特にフェーズドアレイアンテナと称する。また、放射要素を電気的に接続せずに分離し、各放射要素が独立して自身を制御するアンテナを分散型アレイアンテナと呼ぶ。これらの既存技術をふまえて、独立した放射要素である電波送受信機2の相対位相によってビーム方向や放射パターンの制御を行うシステムである本発明を、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1とよぶ。 Array antennas are classified into linear arrays, planar arrays, circular arrays, conformal arrays, etc. depending on the arrangement method. Furthermore, an array antenna that controls the beam direction and radiation pattern by the relative phase of each radiating element is specifically called a phased array antenna. An antenna in which the radiating elements are separated and not electrically connected, and each radiating element controls itself independently, is called a distributed array antenna. Based on these existing technologies, the present invention, which is a system that controls the beam direction and radiation pattern by the relative phase of radio wave transmitters and receivers 2, which are independent radiating elements, is called a distributed phased array antenna system 1.

また、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1がフェーズドアレイアンテナとして機能するためには、システム制御装置11から第1~第4電波送受信機2A~2Dへ指向特性制御の指示を行ったり、第1~第4電波送受信機2A~2Dからシステム制御装置11へ受信信号を送信したりする必要がある。このため、システム制御装置11と第1~第4電波送受信機2A~2Dには、双方向の信号伝送機能が必要であり、図1(A)では、システム制御装置11と第1~第4電波送受信機2A~2Dを有線接続する例を示したが、無線接続でも構わない。また、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する第1~第4電波送受信機2A~2Dの何れか1機にシステム制御装置11の機能を付加しておけば、システム制御装置11を別途用意する必要が無い。 Furthermore, for the distributed phased array antenna system 1 to function as a phased array antenna, the system control device 11 must issue directional pattern control instructions to the first to fourth radio wave transceivers 2A to 2D, and the first to fourth radio wave transceivers 2A to 2D must transmit received signals to the system control device 11. Therefore, the system control device 11 and the first to fourth radio wave transceivers 2A to 2D must have bidirectional signal transmission capabilities. While FIG. 1(A) shows an example in which the system control device 11 and the first to fourth radio wave transceivers 2A to 2D are connected by wire, wireless connections are also acceptable. Furthermore, if the functionality of the system control device 11 is added to any one of the first to fourth radio wave transceivers 2A to 2D that make up the distributed phased array antenna system 1, there is no need to provide a separate system control device 11.

各電波送受信機2は、それぞれ独立した筐体に収容され、個別に取り扱うことができるので、電波送受信機2としてのサイズや重量を十分に低減させておけば、可搬性の高いものとなる。しかも、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1として使用する電波送受信機2の数や配置等を任意に変更して放射特性を制御できるので、システムとしての自由度を高められる。しかしながら、放射要素を分散化したマイナス要因として、電波送受信機2を理想的な配置とする高精度の位置合わせが困難であり、誤差要因となる。加えて、各電波送受信機2は独立していることから、基準クロック等の生成は電波送受信機2毎に行う必要があり、既知のフェーズドアレイアンテナの如く共通クロックによる高精度の同期が行えないため、誤差要因となる。そこで、本実施形態の電波送受信機2には、時間的な誤差や空間的な誤差を補正できる機能を設け、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1として得られるビーム品質の低下を抑制できるようにした。 Each radio wave transmitter/receiver 2 is housed in an independent housing and can be handled individually. Therefore, if the size and weight of the radio wave transmitter/receiver 2 are sufficiently reduced, the radio wave transmitter/receiver 2 can be highly portable. Furthermore, the number and arrangement of the radio wave transmitters/receivers 2 used in the distributed phased array antenna system 1 can be freely changed to control the radiation characteristics, thereby increasing the degree of flexibility of the system. However, a downside of distributing the radiation elements is that it is difficult to precisely align the radio wave transmitters/receivers 2 for ideal placement, which can lead to errors. In addition, because each radio wave transmitter/receiver 2 is independent, the generation of a reference clock, etc., must be performed for each radio wave transmitter/receiver 2. This prevents highly accurate synchronization using a common clock, as with known phased array antennas, and can lead to errors. Therefore, the radio wave transmitter/receiver 2 of this embodiment is equipped with a function that can correct temporal and spatial errors, thereby minimizing degradation of the beam quality obtained by the distributed phased array antenna system 1.

以下、図1(B)を参照して、第1構成例として示す電波送受信機2の誤差補正機能について詳述する。なお、電波送受信機2がシステム制御装置11と行う信号通信機能や処理動作については、既知のフェーズドアレイアンテナにて採用されている様々な技術を適用可能であるから、図1(B)では省略した。 The error correction function of the radio wave transceiver 2 shown as the first configuration example will be described in detail below with reference to Figure 1(B). Note that the signal communication function and processing operations performed by the radio wave transceiver 2 with the system control device 11 are omitted from Figure 1(B) because various technologies used in known phased array antennas can be applied.

電波送受信機2は、通信用アンテナ21、送受信モジュール22、放射制御部23、位相調整部24、送受信制御部25、基準発振器26、同期用アンテナ27、時空間差分情報取得部28、から構成される。なお、通信用アンテナ21には、ダイポールアンテナ、スロットアンテナ、マイクロストリップアンテナなどが望ましい。通信用アンテナ21、送受信モジュール22、放射制御部23、位相調整部24は、フェーズドアレイを構成する一放射素子として機能する。放射制御部23は、アンテナに給電する高周波の周波数、強度を制御し、位相調整部24は高周波の位相を制御する。送受信モジュール22は、送信パス・受信パスそれぞれの位相を任意に調整できる移相器221と増幅回路(例えば、送信用増幅器222と受信用低雑音増幅器223)を備え、放射制御部23および移相器221を介して給電される高周波を通信用アンテナ21に送信するか、あるいは通信用アンテナ21で受信した高周波を位相シフトした後に復調するかを切り替える。すなわち、電波送受信機2では、任意に位相を制御した電波を通信用アンテナ21から放射・受信できる。なお、以下の電波送受信機2に関する説明では電波を放射する動作例について述べるが、受信でも同様の効果が得られる。 The radio wave transceiver 2 is composed of a communication antenna 21, a transmission/reception module 22, a radiation control unit 23, a phase adjustment unit 24, a transmission/reception control unit 25, a reference oscillator 26, a synchronization antenna 27, and a time-space difference information acquisition unit 28. The communication antenna 21 is preferably a dipole antenna, a slot antenna, or a microstrip antenna. The communication antenna 21, the transmission/reception module 22, the radiation control unit 23, and the phase adjustment unit 24 function as a single radiation element constituting a phased array. The radiation control unit 23 controls the frequency and intensity of the high-frequency wave supplied to the antenna, and the phase adjustment unit 24 controls the phase of the high-frequency wave. The transmission/reception module 22 includes a phase shifter 221 and an amplifier circuit (e.g., a transmission amplifier 222 and a reception low-noise amplifier 223) that can arbitrarily adjust the phase of each of the transmission and reception paths. The transmission/reception module 22 switches between transmitting the high-frequency wave supplied via the radiation control unit 23 and the phase shifter 221 to the communication antenna 21 or phase-shifting the high-frequency wave received by the communication antenna 21 and then demodulating it. That is, the radio wave transceiver 2 can radiate and receive radio waves with arbitrarily controlled phases from the communication antenna 21. Note that the following explanation of the radio wave transceiver 2 focuses on an example of operation for radiating radio waves, but similar effects can also be achieved when receiving.

図2(A)は、第1~第4電波送受信機2A~2Dを、それぞれ距離dを隔てて直線状に整列配置したリニアアレイ構成の分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を示す。また、第1~第4電波送受信機2A~2Dの時計は理想的な精度で同期している。よって、第1~第4電波受信機2A~2Dの各送信用アンテナ21より励振位相Φで同期した高周波が送信されると、第1~第4電波送受信機2A~2Dの配列方向に直交する向きが指向方向となる合成波の波面WFが生ずる。一方、図2(B)は、第1電波送受信機2Aの送信用アンテナ21より励振位相Φの高周波を、第2電波送受信機2Bの送信用アンテナ21より励振位相Φ+Δφの高周波を、第3電波送受信機2Cの送信用アンテナ21より励振位相Φ+2Δφの高周波を、第4電波送受信機2Dの送信用アンテナ21より励振位相Φ+3Δφの高周波を、それぞれ送信した場合を示す。このように、第1~第4電波送受信機2A~2Dの配列位置に応じて位相調整した高周波を送信すると、図2(A)の指向方向に対して角度θ傾いた指向方向となる合成波の波面WFが生ずる。 Figure 2(A) shows a distributed phased array antenna system 1 with a linear array configuration in which first to fourth radio wave transmitters and receivers 2A to 2D are aligned in a straight line at a distance d from each other. The clocks of the first to fourth radio wave transmitters and receivers 2A to 2D are synchronized with ideal accuracy. Therefore, when high-frequency waves synchronized with an excitation phase Φ are transmitted from the transmitting antennas 21 of the first to fourth radio wave receivers 2A to 2D, a composite wave wavefront WF is generated whose direction is perpendicular to the arrangement direction of the first to fourth radio wave transmitters and receivers 2A to 2D. On the other hand, Figure 2(B) shows a case in which a high frequency wave with an excitation phase Φ is transmitted from the transmitting antenna 21 of the first radio wave transceiver 2A, a high frequency wave with an excitation phase Φ+Δφ is transmitted from the transmitting antenna 21 of the second radio wave transceiver 2B, a high frequency wave with an excitation phase Φ+2Δφ is transmitted from the transmitting antenna 21 of the third radio wave transceiver 2C, and a high frequency wave with an excitation phase Φ+3Δφ is transmitted from the transmitting antenna 21 of the fourth radio wave transceiver 2D. In this way, when high frequency waves with phase adjustments according to the arrangement positions of the first to fourth radio wave transceivers 2A to 2D are transmitted, a wavefront WF of a composite wave is generated whose direction is tilted by an angle θ with respect to the direction of direction shown in Figure 2(A).

しかしながら、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1に用いる各電波送受信機2は、既知のアレイアンテナのように集中管理されておらず、他の電波送受信機2とは独立して動作するため、自機における励振振幅・位相などの高周波信号の状態を個別に把握・制御しなくてはならない。このとき課題となるのは、他の電波送受信機2との間で一定の規則のもと位相をそろえることである。そのためには、基準となる電波送受信機2と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる電波送受信機2に対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を把握し、所望の合成波を得るために必要な位相ずれ量を補正するように高周波の状態を制御することが肝要である。なお、時間的差分情報とは、基準となる電波送受信機2の基準発振器26と自機の基準発振器26との誤差でも良いし、基準となる電波送受信機2の基準発振器26が生成する基準周波数信号(例えば、基準クロック信号)をカウントしている時計と自機の時計との誤差であっても良い。また、空間的差分情報は、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1において自機に割り当てられた理想的配置となる位置(適正位置)と自機の現在位置との空間的誤差を、基準となる電波送受信機2(以下、基準機と呼ぶ)の位置を元に取得するものである。仮に、基準機の位置が適正位置から若干ずれていたとしても、他の電波送受信機2が基準機に対して適正位置に配置されていれば、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1としては、意図通りの指向性を実現できるからである。 However, unlike known array antennas, each radio wave transceiver 2 used in a distributed phased array antenna system 1 is not centrally managed and operates independently of other radio wave transceivers 2. Therefore, the state of its own high-frequency signal, such as its excitation amplitude and phase, must be individually monitored and controlled. The challenge here is to align the phase with other radio wave transceivers 2 according to a set rule. To achieve this, it is essential to monitor the time difference information, which is the time error between the reference radio wave transceiver 2 and the own radio wave transceiver, and the spatial difference information, which is the spatial error between the own radio wave transceiver's appropriate position relative to the reference radio wave transceiver 2 and its current position, and to control the high-frequency state to correct the phase shift required to obtain the desired composite wave. The time difference information may be the error between the reference oscillator 26 of the reference radio wave transceiver 2 and the own radio wave transceiver's own reference oscillator 26, or the error between the clock counting the reference frequency signal (e.g., a reference clock signal) generated by the reference oscillator 26 of the reference radio wave transceiver 2 and the own radio wave transceiver's own clock. Furthermore, the spatial difference information is obtained based on the position of a reference radio wave transmitter/receiver 2 (hereinafter referred to as the reference device) to determine the spatial error between the ideally positioned position (appropriate position) assigned to the device in the distributed phased array antenna system 1 and the device's current position. Even if the position of the reference device is slightly off from the appropriate position, as long as the other radio wave transmitters/receivers 2 are placed in appropriate positions relative to the reference device, the distributed phased array antenna system 1 can achieve the intended directivity.

そこで、電波送受信機2には、基準発振器26に加えて、同期用アンテナ27および時空間差分情報取得部28を設けた。時空間差分情報取得部28は、他の電波送受信機2との間での時間的差分情報、及び他の電波送受信機2との間での空間的差分情報、の両方を含む時空間差分情報を取得する。この時空間差分情報に基づいて、位相調整部24が送受信モジュール22の移相器221に働きかけ、通信用アンテナ21から発射される高周波信号の移相量を制御する。このように、上述した時間的差分情報および空間的差分情報を含む時空間差分情報を把握し、時間的誤差と空間的誤差を補正することにより、独立して動作する複数の電波送受信機2を用いていても、協調して所望の合成波を得ることができる。例えば、時空間差分情報取得部28は、同期用アンテナ27を介した無線通信で他の電波送受信機2とコードの送受信を行い、相互の基準発振器26の時刻ずれとコード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、時間的差分情報と前記空間的差分情報を計測する。なお、同期用アンテナ27を使わず、有線接続された他の電波送受信機2と通信を行って位相ずれを計測するようにしても良い。 Therefore, in addition to the reference oscillator 26, the radio wave transceiver 2 is equipped with a synchronization antenna 27 and a spatiotemporal difference information acquisition unit 28. The spatiotemporal difference information acquisition unit 28 acquires spatiotemporal difference information, including both temporal difference information with other radio wave transceivers 2 and spatial difference information with other radio wave transceivers 2. Based on this spatiotemporal difference information, the phase adjustment unit 24 controls the phase shifter 221 of the transceiver module 22 to control the phase shift amount of the high-frequency signal emitted from the communication antenna 21. In this way, by grasping the spatiotemporal difference information, including the above-mentioned temporal difference information and spatial difference information, and correcting temporal and spatial errors, it is possible to cooperatively obtain a desired composite wave even when multiple radio wave transceivers 2 are used, operating independently. For example, the spatiotemporal difference information acquisition unit 28 transmits and receives codes with other radio wave transceivers 2 via wireless communication via the synchronization antenna 27, and measures the temporal difference information and the spatial difference information based on the time difference between the mutual reference oscillators 26 and the propagation delay time associated with the code transmission and reception. Alternatively, the phase shift may be measured by communicating with another wired radio wave transmitter/receiver 2 without using the synchronization antenna 27.

時空間差分情報取得部28が取得した時間的差分情報及び空間的差分情報を含む時空間差分情報は、送受信制御部25を介して位相調整部24に供給され、位相ずれを補正する制御に使用される。すなわち、放射制御部23は基準発振器26によるクロック源に基づいて高周波信号を励振し、位相調整部24は時空間差分情報に基づいて移相器221による位相量を制御して高周波信号の時空間的誤差を補正し、ビーム品質の低下を抑制した高周波信号を通信用アンテナ21より送信する。これにより、独立して動作する複数の電波送受信機2を用いた分散型フェーズドアレイアンテナシステム1として、所望の合成波を得ることが可能になる。このような位相補正動作について、図3を参照して説明する。なお、図3では、説明を簡単にするため、第1~第3電波送受信機2A~2Cを等間隔で一列に配置したリニアアレイ構造とした。 The spatiotemporal difference information, including the temporal difference information and spatial difference information, acquired by the spatiotemporal difference information acquisition unit 28 is supplied to the phase adjustment unit 24 via the transmission/reception control unit 25 and used to control phase shift correction. That is, the emission control unit 23 excites the high-frequency signal based on the clock source provided by the reference oscillator 26, and the phase adjustment unit 24 controls the phase amount provided by the phase shifter 221 based on the spatiotemporal difference information to correct spatiotemporal errors in the high-frequency signal, and transmits the high-frequency signal from the communication antenna 21 with reduced degradation in beam quality. This makes it possible to obtain the desired composite wave as a distributed phased array antenna system 1 using multiple independently operating radio wave transceivers 2. This phase correction operation will be explained with reference to Figure 3. For simplicity's sake, Figure 3 shows a linear array structure in which the first to third radio wave transceivers 2A to 2C are arranged in a row at equal intervals.

例えば、図3(A)に示すように、第1~第3電波送受信機2A~2Cの各基準発振器26が高精度に同期しており、時刻TMに時間的誤差が無かった場合、送受信モジュール22に供給される高周波信号に時間的誤差は生じていない。先ず、第1電波送受信機2Aの送受信モジュール22にて位相調整する位相ずれ量Φa0を、システム制御装置11からの指示通り0(ゼロ)とすれば、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。同様に、第2電波送受信機2Bの送受信モジュール22にて位相調整する位相ずれ量Φb0を、システム制御装置11からの指示通りπ/6とすれば、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。同様に、第3電波送受信機2Cの送受信モジュール22にて位相調整する位相ずれ量Φc0を、システム制御装置11からの指示通りπ/3(=2π/6)とすれば、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。このように、第1~第3電波送受信機2A~2Cの時刻TMに時間的誤差が無ければ、各通信用アンテナ21より発射される高周波信号の位相差に応じた指向方向に波面が揃い、好適な指向性を得られる。 For example, as shown in Figure 3(A), if the reference oscillators 26 of the first through third radio wave transceivers 2A through 2C are synchronized with high precision and there is no time error in the time TM, no time error will occur in the high-frequency signal supplied to the transceiver module 22. First, if the phase shift amount Φa0 used for phase adjustment in the transceiver module 22 of the first radio wave transceiver 2A is set to 0 (zero) as instructed by the system control device 11, the high-frequency signal emitted from the communication antenna 21 will have the specified phase. Similarly, if the phase shift amount Φb0 used for phase adjustment in the transceiver module 22 of the second radio wave transceiver 2B is set to π/6 as instructed by the system control device 11, the high-frequency signal emitted from the communication antenna 21 will have the specified phase. Similarly, if the phase shift amount Φc0 used for phase adjustment in the transceiver module 22 of the third radio wave transceiver 2C is set to π/3 (= 2π/6) as instructed by the system control device 11, the high-frequency signal emitted from the communication antenna 21 will have the specified phase. In this way, if there is no time error in the times TM of the first to third radio wave transmitters/receivers 2A to 2C, the wavefronts will be aligned in the direction corresponding to the phase difference of the high-frequency signals emitted from each communication antenna 21, resulting in desirable directivity.

しかしながら、図3(B)に示すように、第1~第3電波送受信機2A~2Cの時刻がマスタークロックに同期していなかった場合、送受信モジュール22に供給される高周波信号に時間的誤差が生じてしまう。先ず、第1電波送受信機2Aの時計はマスタークロックに同期(時刻TMに一致)しているので、送受信モジュール22内で位相調整(位相ずれ量Φa0=0)された高周波信号は、指示通りの位相となる。しかし、第2電波送受信機2Bの時計はマスタークロックよりもΔtb進んでいるので時刻TM+Δtbが高周波信号の発振基準となり、送受信モジュール22内で位相調整(位相ずれ量Φb0=π/6)された高周波信号は、本来の指示よりも位相がずれた状態となる。また、第3電波送受信機2Cの時計はマスタークロックよりもΔtc進んでいるので時刻TM+Δtcが高周波信号の発振基準となり、送受信モジュール22内で位相調整(位相ずれ量Φc0=π/3)された高周波信号は、本来の指示よりも位相がずれた位相となる。よって、図3(B)の各通信用アンテナ21より発射される高周波信号は、その位相差に応じた指向方向に波面が揃わず、好適な指向性を得られない。 However, as shown in Figure 3(B), if the times of the first through third radio wave transmitters and receivers 2A through 2C are not synchronized with the master clock, a time error will occur in the high-frequency signal supplied to the transmitter/receiver module 22. First, because the clock of the first radio wave transmitter/receiver 2A is synchronized with the master clock (matching time TM), the high-frequency signal phase-adjusted within the transmitter/receiver module 22 (phase shift Φa0 = 0) will have the specified phase. However, because the clock of the second radio wave transmitter/receiver 2B is ahead of the master clock by Δtb, time TM + Δtb becomes the oscillation reference for the high-frequency signal, and the high-frequency signal phase-adjusted within the transmitter/receiver module 22 (phase shift Φb0 = π/6) will have a phase shift from the originally specified phase. Furthermore, because the clock of the third radio wave transmitter/receiver 2C is ahead of the master clock by Δtc, time TM + Δtc becomes the oscillation reference for the high-frequency signal, and the high-frequency signal phase-adjusted within the transmitter/receiver module 22 (phase shift Φc0 = π/3) will have a phase shift from the originally specified phase. As a result, the wavefronts of the high-frequency signals emitted from each communication antenna 21 in Figure 3(B) do not align in the direction corresponding to the phase difference, and suitable directivity cannot be obtained.

一方、図3(C)に示すように、第1~第3電波送受信機2A~2Cの時刻がマスタークロックに同期していない場合でも、位相調整部24によって時刻ずれを補正するように位相量の調整を行えば、高周波信号に生じた時間的誤差を解消できる。なお、以下では送信する高周波信号の周期をPとする。先ず、第1電波送受信機2Aの時計はマスタークロックに同期(時刻TMに一致)しているので、位相調整部24が送受信モジュール22に指示する補正位相調整量ΦaCはΦa0(=0)のままで、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。しかし、第2電波送受信機2Bの時計はマスタークロックよりもΔtb進んでいるので、Δtbによって生じる位相ずれ量(2πΔtb/P)を加味した補正位相調整量ΦbC=Φb0-2πΔtb/P(=π/6-2πΔtb/P)を位相調整部24が送受信モジュール22に指示することで、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。また、第3電波送受信機2Cの時計はマスタークロックよりもΔtc進んでいるので、Δtcによって生じる位相ずれ量(2πΔtc/P)を加味した補正位相調整量ΦcC=Φc0-2πΔtc/P(=π/3-2πΔtc/P)を位相調整部24が送受信モジュール22に指示することで、通信用アンテナ21より発射される高周波信号は指示通りの位相となる。このように、第1~第3電波送受信機2A~2Cの時刻TMに時間的誤差が有っても、時刻ずれを補正するように位相量の調整を行えば、各通信用アンテナ21より発射される高周波信号の位相差に応じた指向方向に波面が揃い、好適な指向性を得られる。 On the other hand, as shown in Figure 3(C), even if the time of the first to third radio wave transceivers 2A to 2C is not synchronized with the master clock, the time error that occurs in the high frequency signal can be eliminated by adjusting the phase amount using the phase adjustment unit 24 to correct the time discrepancy. In the following, the period of the transmitted high frequency signal is assumed to be P. First, since the clock of the first radio wave transceiver 2A is synchronized with the master clock (matching time TM), the correction phase adjustment amount ΦaC that the phase adjustment unit 24 instructs the transceiver module 22 to remain Φa0 (= 0), and the high frequency signal emitted from the communication antenna 21 has the phase as instructed. However, because the clock of the second radio wave transceiver 2B is ahead of the master clock by Δtb, the phase adjustment unit 24 instructs the transceiver module 22 to use a corrected phase adjustment amount ΦbC = Φb0 - 2πΔtb/P (= π/6 - 2πΔtb/P) that takes into account the phase shift (2πΔtb/P) caused by Δtb, and the high-frequency signal emitted from the communication antenna 21 has the instructed phase. Also, because the clock of the third radio wave transceiver 2C is ahead of the master clock by Δtc, the phase adjustment unit 24 instructs the transceiver module 22 to use a corrected phase adjustment amount ΦcC = Φc0 - 2πΔtc/P (= π/3 - 2πΔtc/P) that takes into account the phase shift (2πΔtc/P) caused by Δtc, and the high-frequency signal emitted from the communication antenna 21 has the instructed phase. In this way, even if there is a time error in the time TM of the first to third radio wave transmitters/receivers 2A to 2C, by adjusting the phase amount to correct the time discrepancy, the wavefronts will be aligned in the direction corresponding to the phase difference of the high-frequency signals emitted from each communication antenna 21, and suitable directivity can be obtained.

上述したように、独立して動作する電波送受信機2の間で、時空間差分情報を取得し、高周波信号の位相ずれ量を補正すれば、合成波を形成する各波源の意図しない位相ずれを低減させることができ、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1としてのビーム品質を向上させることができる。なお、図3は時間的誤差の補正手法についてのみ示したが、空間的誤差の補正手法も同様である。電波送受信機2の間で、時空間差分情報を取得し、高周波信号の位相ずれ量を補正すれば、合成波を形成する各波源の意図しない位相ずれを低減させることができる。無論、時間的誤差と空間的誤差の両方が生じている場合には、時間的誤差量と空間的誤差量の両方を加味して高周波信号の位相を補正すれば、合成波を形成する各波源の意図しない位相ずれを低減させることができる。 As described above, by acquiring spatiotemporal difference information between independently operating radio wave transmitters and receivers 2 and correcting the phase shift of the high-frequency signals, unintended phase shifts in the wave sources that form the composite wave can be reduced, improving the beam quality of the distributed phased array antenna system 1. Note that while Figure 3 only shows a method for correcting temporal errors, the same method applies to correcting spatial errors. By acquiring spatiotemporal difference information between radio wave transmitters and receivers 2 and correcting the phase shift of the high-frequency signals, unintended phase shifts in the wave sources that form the composite wave can be reduced. Of course, when both temporal and spatial errors occur, unintended phase shifts in the wave sources that form the composite wave can be reduced by correcting the phase of the high-frequency signals taking into account both the temporal and spatial error amounts.

なお、時空間差分情報取得部28による時間的差分情報の取得手法および空間的差分情報の取得手法は、特に限定されるものではなく、公知既存の適宜な手法を用いて構わない。例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)を用いる場合、GNSS衛星をマスタークロックとして、各電波送受信機2がその時刻に同期する補正動作を行えばよい。GNSSで時刻同期を行う手法は、GNSSの信号が届く地上・上空では有効である。また、各電波送受信機2の間の伝搬遅延時間を用いるIEEE802.1AS-2011などの種々の時刻同期手法を用いてもよい。この場合は、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する複数の電波送受信機2の中の一つがマスタークロックとしての機能を担うか、あるいは基準となる電波送受信機2との相対的な時刻ずれを検出できるようにする。例えば、図4に示すように、第1電波送受信機2Aがマスタークロックを備えるものとし、第2電波送受信機2Bは第1電波送受信機2Aとの伝搬遅延時間に基づく誤差φABで自機内のクロックを補正する。同様に、第3電波送受信機2Cは第1電波送受信機2Aとの伝搬遅延時間に基づく誤差φACで自機内のクロックを補正する。なお、第3電波送受信機2Cは、クロック補正後の第2電波送受信機2Bとの伝搬遅延時間に基づく誤差φBCで自機内のクロックを補正しても良いし、誤差φACと誤差φBCとの平均値などで自機のクロックを補正しても良い。第4電波送受信機2Dは、クロック補正後の第2電波送受信機2Bとの伝搬遅延時間に基づく誤差φBD或いはクロック補正後の第3電波送受信機2Cとの伝搬遅延時間に基づく誤差φCDで自機内のクロックを補正しても良いし、誤差φBDと誤差φCDとの平均値などで自機のクロックを補正しても良い。この伝搬遅延時間(RTT)を用いる手法では高い同期精度を得られるため、ビーム品質を向上させる観点から望ましい。 The method for acquiring the temporal difference information and the spatial difference information by the time-space difference information acquisition unit 28 is not particularly limited, and any suitable known existing method may be used. For example, when using GNSS (Global Navigation Satellite System), a GNSS satellite can be used as the master clock, and each radio wave transmitter/receiver 2 can perform a correction operation to synchronize with that time. The method of performing time synchronization using GNSS is effective on the ground and in the sky where GNSS signals can reach. Various time synchronization methods, such as IEEE 802.1AS-2011, which uses the propagation delay time between each radio wave transmitter/receiver 2, may also be used. In this case, one of the multiple radio wave transmitters/receivers 2 constituting the distributed phased array antenna system 1 functions as the master clock, or is capable of detecting the relative time deviation from the reference radio wave transmitter/receiver 2. For example, as shown in FIG. 4, the first radio wave transceiver 2A is assumed to have a master clock, and the second radio wave transceiver 2B corrects its internal clock with an error φAB based on the propagation delay time with the first radio wave transceiver 2A. Similarly, the third radio wave transceiver 2C corrects its internal clock with an error φAC based on the propagation delay time with the first radio wave transceiver 2A. Note that the third radio wave transceiver 2C may correct its internal clock with an error φBC based on the propagation delay time with the second radio wave transceiver 2B after clock correction, or may correct its clock with the average value of the errors φAC and φBC. The fourth radio wave transceiver 2D may correct its internal clock with an error φBD based on the propagation delay time with the second radio wave transceiver 2B after clock correction or an error φCD based on the propagation delay time with the third radio wave transceiver 2C after clock correction, or may correct its clock with the average value of the errors φBD and φCD. This method using propagation delay time (RTT) achieves high synchronization accuracy, making it desirable from the perspective of improving beam quality.

また、時間的な位相ずれを補正するのではなく、検出した位相ずれを打ち消すように基準発振器26の位相ずれを解消する(すなわち同期させる)ように調整しても良い。例えば、図5に示す電波送受信機2′は、VCOやOCXOなどの周波数調整可能な基準発振器26′を備えると共に、時空間差分情報取得部28′は、空間的差分情報検出器281と時間的差分情報検出器282を備える。時間的差分情報検出器282は、マスタークロックあるいはその位相を示す情報を同期用アンテナ27から受信し、その受信情報に基づいて基準発振器26′の励振位相をマスタークロックに合わせる。より具体的には、マスタークロックから送信される特定の周波数の電波を同期用アンテナ27で受信し、その電波と基準発振器26′のクロックとの位相ずれを時間的差分情報検出器282によって検出する。時間的差分情報検出器282によって得られた時間的誤差を、基準発振器26′にフィードバックすることで、マスタークロックと同位相で基準発振器26′を励振させることができる。このように、基準発振器26′の発振クロックを位相レベルでマスタークロックと同期させれば、位相ずれを最小限に抑えることができ、ビーム品質を向上させることができる。また、マスタークロックはグローバルなものでなくてよく、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する複数の電波送受信機2の間のみで成立する局所的な同期でも構わない。この場合は、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する複数の電波送受信機2の中から、マスタークロックとなる電波送受信機2を任意に選定すれば良い。 Alternatively, rather than correcting the temporal phase shift, the phase shift of the reference oscillator 26 may be adjusted to cancel (i.e., synchronize) the detected phase shift. For example, the radio wave transceiver 2' shown in FIG. 5 includes a frequency-adjustable reference oscillator 26' such as a VCO or OCXO, and the spatiotemporal difference information acquisition unit 28' includes a spatial difference information detector 281 and a temporal difference information detector 282. The temporal difference information detector 282 receives the master clock or information indicating its phase from the synchronization antenna 27 and aligns the excitation phase of the reference oscillator 26' with the master clock based on the received information. More specifically, radio waves of a specific frequency transmitted from the master clock are received by the synchronization antenna 27, and the phase shift between the radio waves and the clock of the reference oscillator 26' is detected by the temporal difference information detector 282. By feeding back the temporal error obtained by the temporal difference information detector 282 to the reference oscillator 26', the reference oscillator 26' can be excited in phase with the master clock. In this way, by synchronizing the oscillation clock of the reference oscillator 26' with the master clock at the phase level, phase deviation can be minimized, improving beam quality. Furthermore, the master clock does not have to be global; local synchronization established only between the multiple radio wave transceivers 2 that make up the distributed phased array antenna system 1 is also acceptable. In this case, it is sufficient to arbitrarily select a radio wave transceiver 2 to serve as the master clock from the multiple radio wave transceivers 2 that make up the distributed phased array antenna system 1.

一方。空間的差分情報、すなわち複数の電波送受信機2の間の位置関係は、GNSS、AoA(Angle of Arrival)、AoD(Angle of Departure)、RSSI(Received Signal Strength Indicator)を用いた距離推定など、無線を用いる測位技術を用いて検出できる。特に、地上や空中などのGNSS信号が届く場所に電波送受信機2を配置する場合、GNSSは有効な手段である。また、空間的差分情報の取得においても、緯度・経度・高度といったグローバルな位置ではなく、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1を構成する複数の電波送受信機2の間のみで相対的な位置関係が把握できるような局所的なものでも構わない。したがって、AoA、AoD、あるいはRSSIなどを用いて、複数の電波送受信機2の間で互いの位置を把握できるような測位技術であってもよい。さらに、電波の伝搬遅延時間を用いて互いの距離を測位することで位置関係を把握してもよい。このとき、複数の電波送受信機2の間での距離が分かればよい。 On the other hand, spatial difference information, i.e., the positional relationship between multiple radio wave transmitters and receivers 2, can be detected using wireless positioning techniques such as distance estimation using GNSS, AoA (Angle of Arrival), AoD (Angle of Departure), and RSSI (Received Signal Strength Indicator). GNSS is particularly effective when placing radio wave transmitters and receivers 2 in locations where GNSS signals can reach, such as on the ground or in the air. Furthermore, when acquiring spatial difference information, rather than using global positions such as latitude, longitude, and altitude, local information that allows the relative positional relationship to be determined only between the multiple radio wave transmitters and receivers 2 that make up the distributed phased array antenna system 1 may also be used. Therefore, positioning techniques that allow the multiple radio wave transmitters and receivers 2 to determine their respective positions using AoA, AoD, RSSI, or the like may also be used. Furthermore, the positional relationship may be determined by measuring the distance between them using the propagation delay time of radio waves. In this case, it is sufficient to know the distance between multiple radio wave transmitters and receivers 2.

このようにして得られた空間的差分情報は、送受信制御部25が決定する移相量を決める材料となる。たとえば、理想的はアレイアンテナの配置から装置がずれている場合、その空間的誤差による位相ずれを求め、ビーム品質への影響が最小限になるように移相量を調整する。この移相量は、マクスウェル方程式、フレネル・キルヒホッフの回折理論、レイ・トレーシングなどの手法により計算し、全体として最適なビームになるような値を用いることが望ましい。より簡単には、理想的な位置からのずれを表す距離と電波の伝搬波長から位相ずれを計算し、この空間的誤差を補正するように高周波信号の位相を調整してもよい。 The spatial difference information obtained in this way is used to determine the amount of phase shift determined by the transmission/reception control unit 25. For example, if the device is misaligned from the ideal array antenna position, the phase shift due to this spatial error is determined, and the amount of phase shift is adjusted to minimize the impact on beam quality. This phase shift is preferably calculated using methods such as Maxwell's equations, Fresnel-Kirchhoff diffraction theory, and ray tracing, and a value that results in an optimal beam overall is used. Even more simply, the phase shift can be calculated from the distance representing the deviation from the ideal position and the propagation wavelength of the radio waves, and the phase of the high-frequency signal can be adjusted to correct this spatial error.

また、電波送受信機2に搭載する放射素子機能は一つに限定されるものではなく、N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナ21と、各送信用アンテナ21に対応した送受信モジュール22を設けても良い。図6に示す電波送受信機2″は2組(N=2)の放射素子機能を備えるもので、第1通信用アンテナ21Aと第2通信用アンテナ21B、第1,第2送信用アンテナ21A,21Bにそれぞれ対応した第1送受信モジュール22Aと第2送受信モジュール22Bを備える。また、第1通信用アンテナ21Aから放射する高周波信号と第2通信用アンテナ21Bから放射する高周波信号は、独立に制御するので、第1送受信モジュール22Aに対応する第1放射制御部23Aおよび第1位相調整部24Aを設けると共に、第2送受信モジュール22Bに対応する第2放射制御部23Bおよび第2位相調整部24Bを設ける。このように、複数の放射素子機能を設けた電波送受信機2″においては、放射素子機能の間隔を狭めて配置することができる。例えは、素子間隔をd、信号波長をλ、最大走査角をθとすると、d/λ=1/(1+sinθ)であるから、d≦λ/(1+sinθ)となるように素子間隔dを調整すれば、グレーティングローブの発生を抑制できる。 Furthermore, the radio wave transceiver 2 is not limited to having one radiating element function, and may have N (N is any natural number) communication antennas 21 and transceiver modules 22 corresponding to each transmitting antenna 21. The radio wave transceiver 2" shown in Figure 6 has two sets (N = 2) of radiating element functions, including a first communication antenna 21A and a second communication antenna 21B, and a first transceiver module 22A and a second transceiver module 22B corresponding to the first and second transmitting antennas 21A and 21B, respectively. Furthermore, since the high-frequency signal radiated from the first communication antenna 21A and the high-frequency signal radiated from the second communication antenna 21B are controlled independently, a first radiation control unit 23A and a first phase adjustment unit 24A corresponding to the first transceiver module 22A are provided, and a second radiation control unit 23B and a second phase adjustment unit 24B corresponding to the second transceiver module 22B are provided. In this way, in a radio wave transceiver 2" having multiple radiating element functions, the radiating element functions can be arranged with narrow spacing. For example, if the element spacing is d, the signal wavelength is λ, and the maximum scanning angle is θ, then d/λ = 1/(1 + sin θ), and therefore, by adjusting the element spacing d so that d≦λ/(1 + sin θ), the occurrence of grating lobes can be suppressed.

上記のように、時間的差分情報および空間的差分情報を取得して、時空間的誤差量を補正するように高周波信号の位相調整を行える電波送受信機2は、アレイアンテナの放射素子を独立して利用できるだけでなく、さらに移動手段に搭載することで、移動式の分散型フェーズドアレイアンテナシステムとなる。例えば、電波送受信機2を搭載する移動体として、地上を走行する車両3(図7(A)を参照)、海上を航行する船舶、空域を飛行する航空機やUAV(Unmanned Aerial Vehicle:無人航空機)4(図7(B)を参照)、軌道上の人工衛星などがある。なお、移動体と電波送受信機2を別体とせず、一体構造としても構わない。 As described above, the radio wave transmitter/receiver 2, which can acquire temporal difference information and spatial difference information and adjust the phase of the high-frequency signal to correct the spatiotemporal error, can not only use the radiating elements of the array antenna independently, but can also be mounted on a vehicle to form a mobile distributed phased array antenna system. Examples of mobile objects that can be equipped with the radio wave transmitter/receiver 2 include vehicles 3 traveling on the ground (see Figure 7(A)), ships sailing on the sea, aircraft and UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) 4 flying in the airspace (see Figure 7(B)), and artificial satellites in orbit. The mobile object and the radio wave transmitter/receiver 2 do not have to be separate entities, but may instead be integrated into one structure.

図7(A)に示す移動式の分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′は、第1~第8車両3A~3Hに、それぞれ第1~第8電波送受信機2A~2Hを搭載したもので、例えば、第1電波送受信機2Aにシステム制御装置11の機能を持たせている。この分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′では、前述した分散型フェーズドアレイアンテナシステム1のように各電波送受信機2が固定配置されていないので、第1~第8車両3A~3Hの移動に伴って、第1~第8電波送受信機2A~2Hの相対位置は時々刻々変化することとなる。しかしながら、各電波送受信機2には、時空間差分情報取得部28を設けてあるので、時間的差分情報及び空間的差分情報を取得して時空間的誤差量を補正した高周波信号を発射でき、第1~第8車両3A~3Hの移動に伴う時空間的誤差量の変化にも追随できる。よって、移動体である車両3を用いた移動式の分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′においても、特定の方向にメインローブを向けた合成波を形成できる。 The mobile distributed phased array antenna system 1' shown in Figure 7(A) has first to eighth radio wave transceivers 2A to 2H mounted on first to eighth vehicles 3A to 3H, respectively. For example, the first radio wave transceiver 2A has the functions of a system control device 11. In this distributed phased array antenna system 1', unlike the distributed phased array antenna system 1 described above, the radio wave transceivers 2 are not fixedly located. Therefore, as the first to eighth vehicles 3A to 3H move, the relative positions of the first to eighth radio wave transceivers 2A to 2H change from moment to moment. However, each radio wave transceiver 2 is provided with a spatiotemporal difference information acquisition unit 28, which can acquire temporal difference information and spatial difference information and emit high-frequency signals with the spatiotemporal error corrected, thereby tracking changes in the spatiotemporal error as the first to eighth vehicles 3A to 3H move. Therefore, even in a mobile distributed phased array antenna system 1' using a moving vehicle 3, it is possible to form a composite wave with a main lobe directed in a specific direction.

なお、第1~第8車両3A~3Hが自動運転車などであれば、第1~第8電波送受信機2A~2Hがアレイアンテナとして理想的な配置となるように、第1~第8車両3A~3Hに隊列を組ませた状態で移動できるので、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′におけるビーム品質を保持したまま移動可能となる。また、第1~第8電波送受信機2A~2Hは、時空間差分情報取得部28によって取得した時空間差分情報から互いの位置を把握できるので、各電波送受信機2は自機がどの様に移動すればアレイアンテナとして理想的な配置となるかを判断できる。そこで、各電波送受信機2に移動補正指示手段を設け、移動補正指示手段から各移動体の移動制御装置(例えば、車両3の自動運転制御装置)へ移動補正情報を送信することで、各移動体の移動制御装置が移動補正情報に基づいて移動方向や移動速度を補正すれば、各移動体によって各電波送受信機2を最適な位置に移動させることができる。なお、各移動体の移動補正だけでは各電波送受信機2の最適な配置を実現できない場合であっても、各電波送受信機2はそのときに検出した時空間差分情報に基づく高周波信号の位相補正動作を行うので、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′として、ビーム品質の低下を最小限に抑制できる。無論、移動体の移動補正を適正に行えない場合(例えば、車両を人が運転する場合など)においても、各電波送受信機2による高周波信号の位相補正動作によって合成波の品質低下を抑制できる可能性がある。 If the first through eighth vehicles 3A-3H are autonomous vehicles, the first through eighth vehicles 3A-3H can move in formation so that the first through eighth radio wave transmitters and receivers 2A-2H are ideally positioned as array antennas, thereby maintaining the beam quality of the distributed phased array antenna system 1'. Furthermore, the first through eighth radio wave transmitters and receivers 2A-2H can determine each other's positions from the time-space difference information acquired by the time-space difference information acquisition unit 28, allowing each radio wave transmitter and receiver 2 to determine how to move to achieve the ideal position as an array antenna. Therefore, by providing each radio wave transmitter and receiver 2 with a movement correction instruction means and transmitting movement correction information from the movement correction instruction means to the movement control device of each moving object (e.g., the autonomous driving control device of vehicle 3), the movement control device of each moving object can correct the movement direction and movement speed based on the movement correction information, allowing each moving object to move its radio wave transmitter and receiver 2 to its optimal position. Even if optimal placement of each radio wave transmitter/receiver 2 cannot be achieved by simply correcting the movement of each moving object, each radio wave transmitter/receiver 2 performs phase correction of the high-frequency signal based on the spatiotemporal difference information detected at that time, so the distributed phased array antenna system 1' can minimize degradation of beam quality. Of course, even if proper correction of the movement of the moving object cannot be performed (for example, when a person is driving a vehicle), it may be possible to suppress degradation of the quality of the composite wave by correcting the phase of the high-frequency signal by each radio wave transmitter/receiver 2.

図7(B)に示す移動式の分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″は、第1~第9UAV4A~4Iに、それぞれ第1~第9電波送受信機2A~2Iを搭載したもので、例えば、第1電波送受信機2Aにシステム制御装置11の機能を持たせている。この分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″では、飛行可能な移動体であるUAV4に各電波送受信機2を搭載したので、空間を三次元的に活用したアレイ配列を実現できる。例えば、大開口化の難しい三次元曲面を持つようなアレイアンテナの機能を分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″によって容易に実現できる。また、各電波送受信機2の送受信モジュール22のパワーアンプのゲインが可変でない場合、個体のばらつきを抑えるために、各電波送受信機2の三次元的な配列を微調整することで、ビーム品質の低下を抑制できる。 The mobile distributed phased array antenna system 1" shown in Figure 7(B) has first to ninth radio wave transceivers 2A to 2I mounted on first to ninth UAVs 4A to 4I, respectively. For example, the first radio wave transceiver 2A has the functions of a system control device 11. In this distributed phased array antenna system 1", each radio wave transceiver 2 is mounted on a UAV 4, which is a flyable mobile object, making it possible to realize an array arrangement that utilizes space three-dimensionally. For example, the distributed phased array antenna system 1" can easily realize the function of an array antenna with a three-dimensional curved surface, which is difficult to achieve with a large aperture. Furthermore, if the gain of the power amplifiers in the transceiver modules 22 of each radio wave transceiver 2 is not variable, the three-dimensional arrangement of each radio wave transceiver 2 can be fine-tuned to reduce individual variations, thereby suppressing degradation of beam quality.

また、UAV4が自律飛行型であれば、各電波送受信機2に移動補正指示手段を設け、移動補正指示手段から各移動体の移動制御装置(例えば、UAV4の自立飛行転制御装置)へ移動補正情報を送信することで、各移動体の移動制御装置が移動補正情報に基づいて移動方向や移動速度を補正すれば、各移動体によって各電波送受信機2を最適な位置に移動させることができる。なお、各UAV4が無線で遠隔操作できる無人機の場合には、各電波送受信機2に移動体の移動制御を行う移動制御部を設けておき、各電波送受信機2の移動制御部が各UAV4を直接制御するようにしても構わない。この場合、移動制御部は、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″を構成する各電波送受信機2の相対的な移動制御に加えて、時空間差分情報取得部28が取得した前記時空間差分情報に基づく位相ずれを補正するような移動制御も行う。なお、各電波送受信機2の移動制御部による各UAV4に対する移動制御により、各電波送受信機2が理想の配置に移動するまでは、各電波送受信機2による高周波信号の位相補正により、ビーム品質の低下を抑制できる。 Furthermore, if the UAV4 is an autonomous flight type, a movement correction instruction means can be provided in each radio wave transceiver 2, and movement correction information can be sent from the movement correction instruction means to the movement control device of each moving body (for example, the autonomous flight control device of the UAV4).If the movement control device of each moving body corrects the movement direction and movement speed based on the movement correction information, each radio wave transceiver 2 can be moved to an optimal position by each moving body.In addition, if each UAV4 is an unmanned aircraft that can be remotely controlled wirelessly, a movement control unit that controls the movement of the moving body can be provided in each radio wave transceiver 2, and the movement control unit of each radio wave transceiver 2 can directly control each UAV4. In this case, in addition to controlling the relative movement of each radio wave transceiver 2 that constitutes the distributed phased array antenna system 1", the movement control unit also performs movement control to correct phase shifts based on the time-space difference information acquired by the time-space difference information acquisition unit 28. Note that until each radio wave transceiver 2 moves to its ideal position through movement control of each UAV 4 by the movement control unit of each radio wave transceiver 2, degradation of beam quality can be suppressed by phase correction of the high-frequency signal by each radio wave transceiver 2.

さらに、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″では、各UAV4が自由な隊列を組めることを利用し、各電波送受信機2が全体として不等間隔アレイを構成する配置に設定できる。不等間隔アレイの配置を採れば、通常のグレーティングローブ発生条件よりも広い素子間隔で配列できるので、素子数(利用する電波送受信機2の数)の削減が可能である。しかも、不等間隔アレイでは、素子の配列密度により等価的に振幅分布をつけられるので、各電波送受信機2の振幅分布が一定の場合でも低サイドローブを実現でき、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1″として、より指向性を高められる。 Furthermore, in the distributed phased array antenna system 1", taking advantage of the ability of each UAV4 to freely form a formation, the radio wave transceivers 2 can be arranged so that, as a whole, they form an unequally spaced array. By adopting an unequally spaced array arrangement, the elements can be arranged with wider spacing than the normal conditions for grating lobe occurrence, making it possible to reduce the number of elements (the number of radio wave transceivers 2 used). Moreover, in an unequally spaced array, an equivalent amplitude distribution can be achieved depending on the element arrangement density, so low side lobes can be achieved even if the amplitude distribution of each radio wave transceiver 2 is constant, thereby further improving the directivity of the distributed phased array antenna system 1".

上述したように、車両3やUAV4といった移動体に電波送受信機2を搭載すると、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″全体としての移動手段を備えることになり、利便性の高いものとなる。しかも、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″の使用用途に応じて、移動体を移動させれば各電波送受信機2の配列を変更でき、自由度の高いものとなる。加えて、移動体に電波送受信機2を搭載して移動機能を付加すると、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″のスケール変化に柔軟に対応できるスケーラビリティを実現でき、分散システムとしての利点を最大限に活かせる。 As described above, mounting radio wave transceivers 2 on a mobile object such as a vehicle 3 or UAV 4 provides a means of transportation for the distributed phased array antenna system 1', 1" as a whole, making it highly convenient. Furthermore, the arrangement of each radio wave transceiver 2 can be changed by moving the mobile object depending on the intended use of the distributed phased array antenna system 1', 1", providing a high degree of flexibility. In addition, mounting radio wave transceivers 2 on a mobile object and adding mobility functionality achieves scalability that can flexibly accommodate changes in the scale of the distributed phased array antenna system 1', 1", making the most of the benefits of a distributed system.

例えば、各電波送受信機2に、自らに生じた故障などを診断できる自己診断部と、自機が搭載された移動体を任意に移動制御できる自律移動制御部と、を持たせておく。分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″を構成する電波送受信機2が、自己診断部により故障したと判断したとき、自律移動制御部によって自律的に移動してアレイ配置から外れる。この穴を埋めるように他の電波送受信機2が自律的に配列を調整すれば、一部の電波送受信機2に生じた故障による影響を最小限に抑え、引き続き分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″として動作できる。なお、予備機として待機している電波送受信機2が有る場合には、故障により脱落した電波送受信機2の代わりに予備機が自律的に適正位置へ移動することで、速やかに適正なアレイ配置を復元できるようにしても良い。また、電波送受信機2の自己診断部による診断が、本来の出力の電波を放射できないが、弱い電波の放射は可能であるような状況の場合、アレイ配置の最外部へ放射能力の弱った電波送受信機2を配置し直せば、故障の影響を低減させる。また、各電波送受信機2の放射特性のばらつきを考慮したうえで、最適な不等間隔アレイとなるように各電波送受信機2の配列を組むようにしても良い。また、各電波送受信機2の自律移動制御部が強化学習による自己学習機能を有するものとすれば、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″として所望の合成波を得ることができる最適解を自己学習して、各電波送受信機2の放射特性などを考慮し、各電波送受信機2の自律移動制御部が自律的に配列を組み替えるような自律制御が可能となる。このような自己学習機能を各電波送受信機2に持たせておけば、各電波送受信機2の経年劣化等で放射特性が変化した際などにも、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1′,1″としての合成波の劣化を最小限に抑えられる。 For example, each radio wave transceiver 2 may be equipped with a self-diagnosis unit capable of diagnosing any malfunctions within itself and an autonomous movement control unit capable of arbitrarily controlling the movement of the mobile vehicle on which it is mounted. When a radio wave transceiver 2 constituting the distributed phased array antenna system 1', 1" is determined to have failed by its self-diagnosis unit, it is autonomously moved out of the array configuration by the autonomous movement control unit. If the other radio wave transceivers 2 autonomously adjust their arrangement to fill the gap, the impact of a malfunction in one radio wave transceiver 2 can be minimized and the distributed phased array antenna system 1', 1" can continue to operate. If a standby radio wave transceiver 2 is available, the standby radio wave transceiver 2 may autonomously move to an appropriate position in place of the failed radio wave transceiver 2, thereby quickly restoring the appropriate array configuration. Furthermore, if the self-diagnosis unit of the radio wave transceiver 2 determines that it cannot emit radio waves at its original output but can emit weak radio waves, the impact of the malfunction can be reduced by relocating the radio wave transceiver 2 with weaker radiation capabilities to the outermost position of the array configuration. Furthermore, the arrangement of the radio wave transmitters and receivers 2 may be arranged to form an optimal unevenly spaced array, taking into account variations in the radiation characteristics of each radio wave transmitter and receiver 2. Furthermore, if the autonomous mobile control unit of each radio wave transmitter and receiver 2 has a self-learning function using reinforcement learning, the autonomous mobile control unit of each radio wave transmitter and receiver 2 can self-learn an optimal solution that enables the desired composite wave to be obtained as the distributed phased array antenna system 1', 1" and autonomously rearrange the arrangement taking into account the radiation characteristics of each radio wave transmitter and receiver 2. By providing each radio wave transmitter and receiver 2 with such a self-learning function, degradation of the composite wave of the distributed phased array antenna system 1', 1" can be minimized even when the radiation characteristics of each radio wave transmitter and receiver 2 change due to aging or other reasons.

上述した分散型フェーズドアレイアンテナシステム1,1′,1″は、時空間差分情報を取得できる電波送受信機2,2′,2″等を用いて、送信ビームの品質低下を抑制するものであるが、時空間差分情報を取得できる電波送受信機は、受信した受信信号に適切な位相シフト処理と適切な重み付け(振幅方向の増幅・減衰)処理をして合成することで種々の指向性の受信ビームを形成できるビームフォーミングにも適用できる。図8に示すのは、ビームフォーミング技術を用いて到来する電磁波を観測するためのデータ収集を行う分散型電磁波観測データ収集システム5である。この分散型電磁波観測データ収集システム5は、単独で電波観測に利用できるのはもちろん、超長基線電波干渉法(VLBI)による観測用の分散された各アンテナ(例えば、電波望遠鏡)としても利用できる。 The distributed phased array antenna systems 1, 1', 1" described above use radio wave transmitters and receivers 2, 2', 2" that can acquire spatiotemporal differential information to suppress degradation in the quality of transmitted beams. Radio wave transmitters and receivers that can acquire spatiotemporal differential information can also be applied to beamforming, which can form receive beams with various directions by combining received signals with appropriate phase shift processing and appropriate weighting (amplitude amplification and attenuation). Figure 8 shows a distributed electromagnetic wave observation data collection system 5 that uses beamforming technology to collect data for observing incoming electromagnetic waves. This distributed electromagnetic wave observation data collection system 5 can be used on its own for radio wave observations, and can also be used as a distributed antenna (e.g., a radio telescope) for observations using Very Long Baseline Interferometry (VLBI).

この分散型電磁波観測データ収集システム5は、例えば、任意に設定した電波観測エリアOAの上空に1台のマスターモビリティ51Mと第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8(特に区別する必要が無い場合、単にスレーブモビリティ51Sという)で構成される。第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8およびマスターモビリティ51Mは、電波観測エリアOAに到来する電波をそれぞれ受信し、第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8は受信データ(観測データ)をマスターモビリティ51Mへ送信する。そして、観測データを収集したマスターモビリティ51Mは、所定のデータ転送タイミング(例えば、一定時間毎、あるいは観測データの蓄積容量が所定値に達したタイミング)に低空へ移動し、比較的近距離から観測データ収集所としての観測データ収集局CPへ観測データを送信する。このように、マスターモビリティ51Mが一旦低空へ移動して観測データの送信を行う運用とすれば、上空から観測データ収集局CPへ直接送信する場合に比べ、送信電力を抑えて大容量通信を行うことができる。 This distributed electromagnetic wave observation data collection system 5 is composed, for example, of one master mobility 51M and first to eighth slave mobility 51S1 to 51S8 (simply referred to as slave mobility 51S when no particular distinction is needed) located above an arbitrarily set radio wave observation area OA. The first to eighth slave mobility 51S1 to 51S8 and the master mobility 51M each receive radio waves arriving in the radio wave observation area OA, and the first to eighth slave mobility 51S1 to 51S8 transmit the received data (observation data) to the master mobility 51M. After collecting the observation data, the master mobility 51M moves to low altitude at a predetermined data transfer timing (for example, every fixed time or when the accumulated capacity of observation data reaches a predetermined value) and transmits the observation data from a relatively short distance to an observation data collection station CP, which serves as an observation data collection point. In this way, if the master mobility 51M moves to a low altitude to transmit observation data, it is possible to reduce transmission power and perform high-volume communications compared to transmitting directly from the sky to the observation data collection station CP.

観測データを受け取った観測データ収集局CPでは、マスターモビリティ51Mおよび第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8が収集した観測データの受信信号に適切な位相シフト処理と適切な重み付け処理をして合成することで、受信ビームを生成できる。このとき、各受信信号に対する移相シフト処理やウェイトの組合せを異ならせれば、異なるパターンの受信ビームを生成できる。すなわち、マスターモビリティ51Mおよび第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8が所定の配列で受信した電磁波の観測データから、様々なビームパターンの出力を得られるのである。 The observation data collection station CP that receives the observation data can generate a receive beam by combining the received signals of the observation data collected by the master mobility 51M and the first to eighth slave mobilities 51S1 to 51S8 through appropriate phase shift processing and weighting processing. By varying the combination of phase shift processing and weighting for each received signal, it is possible to generate receive beams with different patterns. In other words, various beam pattern outputs can be obtained from the electromagnetic wave observation data received in a predetermined arrangement by the master mobility 51M and the first to eighth slave mobilities 51S1 to 51S8.

なお、マスターモビリティ51Mが収集した観測データを観測データ収集所へ転送する手法は特に限定されるものではなく、例えば、観測データを受け取るデータ収集車CVを電磁波観測エリアOA内に待機させておき、マスターモビリティ51Mからデータ収集車CVへ直接送信する運用としても良い。あるいは、マスターモビリティ51Mにおける観測データの蓄積を記録メディアに行い、データ転送タイミングとなって地上まで降下してきたマスターモビリティ51Mから調査員等が観測データの蓄積された記録メディアを抜き取って、十分な空き容量のある記録メディアと交換し、速やかにマスターモビリティ51Mを上空の定位置へ戻すような運用でも良い。あるいは、マスターモビリティ51Mおよび第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8が電磁波観測エリアOAへ移動し、地上にて電磁波観測を行い、所定のデータ転送タイミングになると、マスターモビリティ51Mのみが観測データ収集局CP等へ移動して、蓄積した観測データを転送する運用としても良い。 The method for transferring the observation data collected by the master mobility 51M to the observation data collection station is not particularly limited. For example, a data collection vehicle CV that receives the observation data may be kept waiting within the electromagnetic wave observation area OA, and the data may be transmitted directly from the master mobility 51M to the data collection vehicle CV. Alternatively, the master mobility 51M may store the observation data on a recording medium, and when the time for data transfer arrives, an investigator or the like may remove the recording medium containing the stored observation data from the master mobility 51M that has descended to the ground, replace it with a recording medium with sufficient free space, and quickly return the master mobility 51M to its designated position in the sky. Alternatively, the master mobility 51M and the first to eighth slave mobility 51S1 to 51S8 may move to the electromagnetic wave observation area OA, conduct electromagnetic wave observations on the ground, and when the time for data transfer arrives, only the master mobility 51M may move to an observation data collection station CP or the like and transfer the stored observation data.

マスターモビリティ51Mは、電波送受信機52MをUAV4に搭載したものである。一方、第1スレーブモビリティ51S1は、電波送受信機52SをUAV4に搭載したものである。同様に、第2スレーブモビリティ51S2,第3スレーブモビリティ51S3,第4スレーブモビリティ51S4,第5スレーブモビリティ51S5,第6スレーブモビリティ51S6,第7スレーブモビリティ51S7,第8スレーブモビリティ51S8も、電波送受信機52SをUAV4に搭載したものである。以下、スレーブ用の電波送受信機52Sとマスター用の電波送受信機52Mについて、図9を参照して説明する。 The master mobility 51M is a UAV4 equipped with a radio transmitter/receiver 52M. On the other hand, the first slave mobility 51S1 is a UAV4 equipped with a radio transmitter/receiver 52S. Similarly, the second slave mobility 51S2, third slave mobility 51S3, fourth slave mobility 51S4, fifth slave mobility 51S5, sixth slave mobility 51S6, seventh slave mobility 51S7, and eighth slave mobility 51S8 are also UAV4 equipped with a radio transmitter/receiver 52S. Below, the slave radio transmitter/receiver 52S and the master radio transmitter/receiver 52M are described with reference to Figure 9.

図9(A)は、スレーブモビリティ51S用の電波送受信機52Sの概略構成を示す。スレーブモビリティ51S用の電波送受信機52Sは、自らビームを発射する機能は必要ないので、図9(A)では、受信機能についてのみ示したが、前述した電波送受信機2,2′,2″と同様の位相補正可能な送信機能を備えていても良い。時空間差分情報を送信時の位相補正に用いる送信機能と、時空間差分情報を受信信号の位相補正に利用できるにする受信機能とを併せ持つ電波送受信機としておけば、分散型フェーズドアレイアンテナシステム1,1′,1″としても、分散型電磁波観測データ収集システム5としても利用できるので、汎用性の高いものとなる。なお、図9(A),(B)において、図1(B)の電波送受信機2、図5の電波送受信機2′、図6の電波送受信機2″と同一機能については、同一符号を付して説明を省略する。 Figure 9(A) shows the schematic configuration of the radio wave transceiver 52S for the slave mobility 51S. The radio wave transceiver 52S for the slave mobility 51S does not need to be able to emit a beam itself, so Figure 9(A) only shows its receiving function. However, it may also have a phase-correctable transmitting function similar to the radio wave transceivers 2, 2', and 2" described above. A radio wave transceiver that combines a transmitting function that uses spatiotemporal difference information for phase correction during transmission and a receiving function that enables spatiotemporal difference information to be used for phase correction of received signals can be used as both a distributed phased array antenna system 1, 1', and 1" and a distributed electromagnetic wave observation data collection system 5, making it highly versatile. Note that in Figures 9(A) and (B), the same functions as the radio wave transceiver 2 in Figure 1(B), the radio wave transceiver 2' in Figure 5, and the radio wave transceiver 2" in Figure 6 are designated by the same reference numerals and will not be described again.

電波送受信機52Sは、1個の通信用アンテナ21と、時空間差分情報取得部28と、通信用アンテナ21に対応する1個の信号受信部としての送受信モジュール22と、受信データ送信部524と、基準周波数信号を生成する基準発振器26と、を備える。送受信モジュール22で受信した信号は、ダウンコンバータ521にて扱いやすい中間周波数等に変換され、さらにA/D変換部522にてデジタル信号に変換され、送受信制御部523Sに入力される。なお、複数のアンテナから得た受信信号によるビームフォーミングの処理は、アナログ回路でも実現可能であるが、デジタル信号処理の方がフレキシビリティが高く現実的である。 The radio wave transceiver 52S comprises one communication antenna 21, a time-space difference information acquisition unit 28, a transmission/reception module 22 as a signal receiving unit corresponding to the communication antenna 21, a received data transmission unit 524, and a reference oscillator 26 that generates a reference frequency signal. The signal received by the transmission/reception module 22 is converted to an easy-to-handle intermediate frequency by a downconverter 521, and then converted to a digital signal by an A/D conversion unit 522 and input to the transmission/reception control unit 523S. Note that while beamforming processing using received signals obtained from multiple antennas can be achieved using analog circuits, digital signal processing is more flexible and practical.

一方、時空間差分情報取得部28は、通信用アンテナ21とは別の同期用アンテナ27を用いた無線通信によって、他の電波送受信機52Sまたは電波送受信機52Mと相互にコード送受信を行い、相互の基準発振器26の時刻ずれとコード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる電波送受信機52S,52Mと自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる電波送受信機52S,52Mに対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を計測し、時間的差分情報及び空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得する。この時空間差分情報は送受信制御部523Sに入力される。なお、マスターモビリティ51Mにおける電波送受信機52Mおよび全てのスレーブモビリティ51Sにおける電波送受信機52Sの中から基準機を選定し、選定された基準機の基準発振器26をマスタークロックとし、他の電波送受信機52M,52Sの基準発振器26を同期させれば、受信信号に時間的誤差は生じないので、空間的差分情報のみを時空間差分情報として取得しても良い。 Meanwhile, the time-space difference information acquisition unit 28 transmits and receives codes to and from another radio wave transceiver 52S or radio wave transceiver 52M via wireless communication using a synchronization antenna 27 separate from the communication antenna 21, and measures temporal difference information, which is the temporal error between the reference radio wave transceiver 52S, 52M and the radio wave transceiver itself, and spatial difference information, which is the spatial error between the radio wave transceiver's appropriate position relative to the reference radio wave transceiver 52S, 52M and its current position, based on the time difference between the two reference oscillators 26 and the propagation delay time associated with the code transmission and reception, and acquires time-space difference information including the temporal difference information and spatial difference information. This time-space difference information is input to the transmission/reception control unit 523S. Furthermore, if a reference device is selected from the radio wave transceiver 52M in the master mobility 51M and the radio wave transceivers 52S in all slave mobility 51S, and the reference oscillator 26 of the selected reference device is used as the master clock, and the reference oscillators 26 of the other radio wave transceivers 52M, 52S are synchronized, no time error will occur in the received signal, so only spatial difference information may be obtained as spatiotemporal difference information.

上記のようにして、受信信号と時空間差分情報を受けた送受信制御部523Sは、デジタル化された受信信号と、その受信タイミングにおける時空間差分情報とをセットにして、受信データ送信部524へ渡す。受信データ送信部524は、受信部としての送受信モジュール22にて受信した受信信号と、その受信タイミングにおける時空間差分情報と、自機と他の電波送受信機52S、52Mとを識別可能に設定された自機の固有情報(例えば、任意に設定されたID番号や、送受信モジュール22に固有のチップID等)と、を紐付けた受信データを、受信データ送信用アンテナ525を介してマスターモビリティ51Mの電波送受信機52Mへ送信する。 The transmission/reception control unit 523S receives the received signal and the spatiotemporal difference information in the manner described above, and passes the digitized received signal and the spatiotemporal difference information at the time of reception as a set to the received data transmission unit 524. The received data transmission unit 524 links the received signal received by the transmission/reception module 22 acting as a receiver, the spatiotemporal difference information at the time of reception, and its own unique information (e.g., an arbitrarily set ID number or a chip ID unique to the transmission/reception module 22) that is set to distinguish itself from the other radio transmitter/receivers 52S and 52M, and transmits this received data to the radio transmitter/receiver 52M of the master mobility 51M via the received data transmission antenna 525.

なお、複数の通信用アンテナ21と、それらに対応した受信部(送受信モジュール22、ダウンコンバータ521、A/D変換部522)を併せて設けた場合、受信データ送信部524は、電波送受信機52Sにおける各受信部を識別可能な情報も受信データに含ませておけば良い。また、送受信制御部523に移動体位置制御部523aを設けておき、時空間差分情報の空間的差分情報に基づいて自機の位置を補正するように移動体としてのUAV4を移動させ、自機を適正位置へ近づける制御を行っても良い。 In addition, if multiple communication antennas 21 and corresponding receiving units (transmission/reception modules 22, downconverter 521, A/D conversion unit 522) are provided, the received data transmission unit 524 may include information that identifies each receiving unit in the radio wave transceiver 52S in the received data. Furthermore, a mobile object position control unit 523a may be provided in the transmission/reception control unit 523, and the UAV4 as a mobile object may be moved to correct its own position based on the spatial difference information of the time-space difference information, thereby controlling the own object to approach the appropriate position.

上述したスレーブモビリティ51Sの電波送受信機52Sより受信データが送信されるマスターモビリティ51Mの電波送受信機52Mの概略構成を図9(B)に示す。 Figure 9(B) shows the schematic configuration of the radio wave transceiver 52M of the master mobility 51M, to which received data is transmitted from the radio wave transceiver 52S of the slave mobility 51S described above.

観測データ受信アンテナ526および観測データ受信部を介して、各電波送受信機52Sから受信した受信データは、観測データとして観測データ蓄積部523bに蓄積されて行く。なお、マスターモビリティ51Mとしては、観測データを収集してデータ収集所へ転送する機能を備えていれば良いのであるが、マスターモビリティ51Mも電磁波観測を行えるように、電波送受信機52Sに受信部(送受信モジュール22、ダウンコンバータ521、A/D変換部522)を設けてある。そのため、電波送受信機52Mが受信した受信信号と時空間差分情報と電波送受信機52Mの固有情報も、観測データとして観測データ蓄積部523bに蓄積されて行く。 The received data received from each radio transmitter/receiver 52S via the observation data receiving antenna 526 and observation data receiving unit is stored as observation data in the observation data storage unit 523b. While it is sufficient for the master mobility 51M to have the function of collecting observation data and transferring it to a data collection point, the radio transmitter/receiver 52S is equipped with a receiving unit (transmit/receive module 22, downconverter 521, A/D conversion unit 522) so that the master mobility 51M can also perform electromagnetic wave observations. Therefore, the received signal received by the radio transmitter/receiver 52M, the time-space difference information, and the unique information of the radio transmitter/receiver 52M are also stored as observation data in the observation data storage unit 523b.

そして、送受信制御部523Mが所定のデータ転送タイミングになったと判断すると、移動体位置制御部523aから移動体としてのUAV4に指示することで低空へ移動し、観測データ送信部528および観測データ送信用アンテナ529を介して観測データをデータ収集所へ転送する。観測データの転送が終了すると、マスターモビリティ51Mは再び所定の観測位置へ復帰し、電波観測を再開する。 Then, when the transmission/reception control unit 523M determines that the specified data transfer timing has arrived, the mobile unit position control unit 523a instructs the UAV4 as a mobile unit to move to low altitude and transfer the observation data to the data collection station via the observation data transmission unit 528 and observation data transmission antenna 529. Once the observation data transfer is complete, the master mobility 51M returns to the specified observation position and resumes radio wave observation.

このように、電波送受信機52MをUAV4に搭載したマスターモビリティ51Mと、電波送受信機52SをUAV4に搭載した第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8を用いる分散型電磁波観測データ収集システム5は、各電波送受信機52M,52Sが取得した時空間差分情報を補正情報として用いることで、ビーム品質の低下を抑制できる。すなわち、観測データを受け取った観測データ収集局CPが、マスターモビリティ51Mおよび第1~第8スレーブモビリティ51S1~51S8が収集した観測データの受信信号を、それぞれの時空間差分情報に基づいて位相補正することで、受信信号の精度を高め、精度の高い受信信号に適切な位相シフト処理と適切な重み付け処理をして合成することで、高品質の受信ビームを生成できる。なお、電波送受信機52S,52Mに設ける時空間差分情報取得部28は、基準となる電波送受信機52S,52Mに対する現在の自機の相対位置を空間的差分情報として取得するものでも良い。マスターモビリティ51Mより観測データを受け取った観測データ収集局CPは、電波受信時ごとの観測データにおいて、基準となる電波送受信機52S,52Sに対する他の電波送受信機52S,52Sの相対位置を把握できれば、電波送受信機52S,52Mの相対的な位置ずれを加味した適切な位相シフト処理と適切な重み付け処理を行えるからである。 In this way, a distributed electromagnetic wave observation data collection system 5 using a master mobility 51M equipped with a radio wave transceiver 52M on a UAV 4 and first through eighth slave mobility 51S1-51S8 equipped with a radio wave transceiver 52S on a UAV 4 can mitigate degradation of beam quality by using the spatiotemporal difference information acquired by each radio wave transceiver 52M, 52S as correction information. That is, the observation data collection station CP that receives the observation data corrects the phase of the received signals of the observation data collected by the master mobility 51M and the first through eighth slave mobility 51S1-51S8 based on the respective spatiotemporal difference information, thereby improving the accuracy of the received signals. By combining the highly accurate received signals through appropriate phase shift processing and appropriate weighting processing, a high-quality receiving beam can be generated. The spatiotemporal difference information acquisition unit 28 provided in the radio wave transceivers 52S, 52M may also acquire the current relative position of the vehicle relative to the reference radio wave transceiver 52S, 52M as spatial difference information. If the observation data collection station CP that receives observation data from the master mobility 51M can determine the relative positions of the other radio wave transmitters and receivers 52S, 52S to the reference radio wave transmitters and receivers 52S, 52S in the observation data for each radio wave reception, it can perform appropriate phase shift processing and appropriate weighting processing that takes into account the relative positional deviation of the radio wave transmitters and receivers 52S, 52M.

また、時空間差分情報を取得できる電波送受信機2,2′,2″,52M,52Sを分散型フェーズドアレイアンテナシステム1,1′,1″や分散型電磁波観測データ収集システム5に用いる例を示したが、そのほか、パッシブレーダ、アクティブレーダとして用いることもできる。開口径が大きいレーダほど解像度が上がるが、大開口レーダを製造・運用することは容易ではない。しかしながら、上述した電波送受信機2,2′,2″,52M,52Sのように、分散型のレーダであれば、製造・運用が容易となる。一例として、画像取得エリアの上空をアジマス方向へ移動しつつパルスの送受信を繰り返して得た受信信号を加工して二次元画像を生成できる合成開口レーダ(SAR)に適用した分散型合成開口レーダシステム6を、図10に示す。 Furthermore, while examples have been shown in which the radio wave transmitters and receivers 2, 2', 2", 52M, and 52S capable of acquiring time-space difference information are used in distributed phased array antenna systems 1, 1', and 1" and distributed electromagnetic wave observation data collection systems 5, they can also be used as passive radars or active radars. The larger the aperture diameter of a radar, the higher the resolution, but manufacturing and operating large aperture radars is not easy. However, distributed radars such as the radio wave transmitters and receivers 2, 2', 2", 52M, and 52S described above are easier to manufacture and operate. As an example, Figure 10 shows a distributed synthetic aperture radar system 6 applied to a synthetic aperture radar (SAR) that can generate two-dimensional images by processing the received signals obtained by repeatedly transmitting and receiving pulses while moving in the azimuth direction above an image acquisition area.

分散型合成開口レーダシステム6は、例えば、マスター合成開口レーダ装置61M、第1スレーブ合成開口レーダ装置61S1、第2スレーブ合成開口レーダ装置61S2および位相制御装置64から構成する。マスター合成開口レーダ装置61Mは、電波送受信機62Mを移動体としてのUAV4に搭載して成る。第1スレーブ合成開口レーダ装置61S1および第2スレーブ合成開口レーダ装置61S2は、電波送受信機62Sを移動体としてのUAV4に搭載して成る。位相制御装置64は、合成開口レーダ信号処理装置63を移動体としてのUAV4に搭載して成る。 The distributed synthetic aperture radar system 6 is composed of, for example, a master synthetic aperture radar device 61M, a first slave synthetic aperture radar device 61S1, a second slave synthetic aperture radar device 61S2, and a phase control device 64. The master synthetic aperture radar device 61M is configured by mounting a radio wave transceiver 62M on a UAV4 as a mobile body. The first slave synthetic aperture radar device 61S1 and the second slave synthetic aperture radar device 61S2 are configured by mounting a radio wave transceiver 62S on a UAV4 as a mobile body. The phase control device 64 is configured by mounting a synthetic aperture radar signal processing device 63 on a UAV4 as a mobile body.

マスター合成開口レーダ装置61Mの飛行方向がアジマス方向であり、このアジマス方向に直交するグランドレンジ方向に画像取得エリアとしての観測エリアOAが形成されるように、マスター合成開口レーダ装置61Mは観測用のパルス信号の送信と反射信号の受信を繰り返し行う。第1スレーブ合成開口レーダ装置61S1と第2スレーブ合成開口レーダ装置61S2は、グランドレンジ方向と平行な配列方向にマスター合成開口レーダ装置61Mと列んで配列され、マスター合成開口レーダ装置61Mと同じ観測エリアOAに対してパルス信号の送信と反射信号の受信を繰り返し行う。すなわち、マスター合成開口レーダ装置61Mの放射ビームBMと第1スレーブ合成開口レーダ装置61S1の放射ビームBS1と第2スレーブ合成開口レーダ装置61S2の放射ビームMS2は、等しく観測エリアOAに放射され、アジマス方向へ観測エリアOAが徐々にずれてゆく(スリップマッピング)。また、マスター合成開口レーダ装置61Mと第1スレーブ合成開口レーダ装置61S1と第2スレーブ合成開口レーダ装置61S2との離隔間隔は、数十センチから数メートル程度であり、数百メートルの高度を飛行している場合、観測エリアOAからは、単一の放射源からパルス信号が送信された状態と看做し得る。なお、スレーブ合成開口レーダ装置61Sは、2台に限らず、1台でも良いし、3台以上でも良い。 The flight direction of the master synthetic aperture radar device 61M is the azimuth direction, and the master synthetic aperture radar device 61M repeatedly transmits observation pulse signals and receives reflected signals so that an observation area OA serving as an image acquisition area is formed in the ground range direction perpendicular to the azimuth direction. The first slave synthetic aperture radar device 61S1 and the second slave synthetic aperture radar device 61S2 are arranged in a line with the master synthetic aperture radar device 61M in an arrangement direction parallel to the ground range direction, and repeatedly transmit pulse signals and receive reflected signals from the same observation area OA as the master synthetic aperture radar device 61M. In other words, the emitted beam BM of the master synthetic aperture radar device 61M, the emitted beam BS1 of the first slave synthetic aperture radar device 61S1, and the emitted beam MS2 of the second slave synthetic aperture radar device 61S2 are equally emitted toward the observation area OA, gradually shifting the observation area OA in the azimuth direction (slip mapping). Furthermore, the separation distance between the master synthetic aperture radar device 61M, the first slave synthetic aperture radar device 61S1, and the second slave synthetic aperture radar device 61S2 is approximately several tens of centimeters to several meters, and when flying at an altitude of several hundred meters, it can be considered that a pulse signal is being transmitted from a single radiation source from the observation area OA. The number of slave synthetic aperture radar devices 61S is not limited to two, and can be one, or three or more.

移動制御装置64は、マスター合成開口レーダ装置61Mおよび第1,第2スレーブ合成開口レーダ装置61S1,61S2に追随して飛行しており、マスター合成開口レーダ装置61Mおよび第1,第2スレーブ合成開口レーダ装置61S1,61S2から受信データを受け取る。マスター合成開口レーダ装置61Mと第1,第2スレーブ合成開口レーダ装置61S1,61S2からの受信データを受けた合成開口レーダ信号処理装置63は、受信データを加工して二次元画像を生成する。なお、合成開口レーダ信号処理装置63による加工処理として、例えば、周波数変調したチャープ信号を観測エリアOAに送信して得た反射信号と参照信号(チャープパルスの一部区間)との相関処理を実行することでグランドレンジ方向を解像し、マスター合成開口レーダ装置61Mと第1,第2スレーブ合成開口レーダ装置61S1,61S2の飛行速度によるドップラー効果を加味して計算した参照波と受信信号の相関処理を実行することでアジマス方向を解像する。 The movement control device 64 flies following the master synthetic aperture radar device 61M and the first and second slave synthetic aperture radar devices 61S1 and 61S2, and receives received data from the master synthetic aperture radar device 61M and the first and second slave synthetic aperture radar devices 61S1 and 61S2. The synthetic aperture radar signal processing device 63 receives the received data from the master synthetic aperture radar device 61M and the first and second slave synthetic aperture radar devices 61S1 and 61S2, processes the received data, and generates a two-dimensional image. In addition, as processing performed by the synthetic aperture radar signal processing device 63, for example, the ground range direction is resolved by performing correlation processing between the reflected signal obtained by transmitting a frequency-modulated chirp signal to the observation area OA and the reference signal (a partial section of the chirp pulse), and the azimuth direction is resolved by performing correlation processing between the received signal and a reference wave calculated taking into account the Doppler effect due to the flight speed of the master synthetic aperture radar device 61M and the first and second slave synthetic aperture radar devices 61S1, 61S2.

次に、分散型合成開口レーダシステム6を構成するマスター合成開口レーダ装置61M、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smおよび位相制御装置64の詳細機能を、図11に基づき説明する。 Next, the detailed functions of the master synthetic aperture radar device 61M, the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm, and the phase control device 64 that make up the distributed synthetic aperture radar system 6 will be explained with reference to Figure 11.

例えば、マスター合成開口レーダ装置61Mの電波送受信機62Mは、通信用アンテナ621を介してパルス信号の送受信を行うパルス送受信部622を備える。また、通信用アンテナ621とは別の同期用アンテナ6231を用いた無線通信によって、他の電波送受信機62Sと相互にコード送受信を行い、相互の基準発振器624の時刻ずれとコード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる電波送受信機62Sとの時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる電波送受信機62Sに対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を計測し、時間的差分情報及び空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得する時空間差分情報取得部6232を備える。 For example, the radio wave transceiver 62M of the master synthetic aperture radar device 61M is equipped with a pulse transceiver unit 622 that transmits and receives pulse signals via a communication antenna 621. It also transmits and receives codes with another radio wave transceiver 62S via wireless communication using a synchronization antenna 6231, which is separate from the communication antenna 621. It is equipped with a spatiotemporal difference information acquisition unit 6232 that measures temporal difference information, which is the temporal error with the reference radio wave transceiver 62S, and spatial difference information, which is the spatial error between the appropriate position of the radio wave transceiver 62M relative to the reference radio wave transceiver 62S and its current position, based on the time difference between the two reference oscillators 624 and the propagation delay time associated with code transmission and reception, and acquires spatiotemporal difference information including the temporal difference information and spatial difference information.

しかしながら、本実施例の分散型合成開口レーダシステム6においては、マスター合成開口レーダ装置61Mにおける電波送受信機62Mの基準発振器624をマスタークロックに選定し、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smの電波送受信機62Sの基準発振器624を同期させるため、同期制御部6233は、基準発振器624をマスタークロックとして位相ずれ検出を行うように時空間差分情報取得部6232を制御する。したがって、電波送受信機62Mの時空間差分情報取得部6232は時間的差分情報を取得することは無く、空間的差分情報のみが時空間差分情報蓄積部625に記憶されて行くこととなる。また、マスター合成開口レーダ装置61Mの飛行位置を基準として、他の電波送受信機62Sの空間的差分情報を検出させる場合には、電波送受信機62Mの時空間差分情報取得部6232が空間的差分情報を検出することも無くなる。なお、時空間差分情報蓄積部625に時空間差分情報を記憶する際には、保存タイミングが明確になるようタイムスタンプを併せて記憶する。 However, in the distributed synthetic aperture radar system 6 of this embodiment, the reference oscillator 624 of the radio wave transceiver 62M in the master synthetic aperture radar device 61M is selected as the master clock, and the reference oscillators 624 of the radio wave transceivers 62S of the first through Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 through 61Sm are synchronized. Therefore, the synchronization control unit 6233 controls the spatiotemporal difference information acquisition unit 6232 to perform phase shift detection using the reference oscillator 624 as the master clock. Therefore, the spatiotemporal difference information acquisition unit 6232 of the radio wave transceiver 62M does not acquire temporal difference information, and only spatial difference information is stored in the spatiotemporal difference information storage unit 625. Furthermore, when spatial difference information of other radio wave transceivers 62S is detected based on the flight position of the master synthetic aperture radar device 61M, the spatiotemporal difference information acquisition unit 6232 of the radio wave transceiver 62M will no longer detect spatial difference information. When storing spatiotemporal difference information in the spatiotemporal difference information storage unit 625, a timestamp is also stored to clarify the timing of storage.

パルス送受信部622は、チャープパルス生成部6221によって周波数変調したチャープ信号を生成し、アンテナ駆動部6222によって適正な放射位置に駆動された通信用アンテナ621からパルス信号を発射する。観測対象物で反射した反射信号は、反射信号受信部6223にて受信し、反射信号蓄積部626に記憶して行く。このとき、反射信号の保存タイミングが明確になるようタイムスタンプを合わせて記憶する。 The pulse transmitter/receiver 622 generates a frequency-modulated chirp signal using the chirp pulse generator 6221, and emits the pulse signal from the communication antenna 621, which has been driven to the appropriate emission position by the antenna driver 6222. The reflected signal reflected by the object of observation is received by the reflected signal receiver 6223 and stored in the reflected signal storage unit 626. At this time, a timestamp is added to the reflected signal so that the timing of its storage is clear.

そして、受信データ送信部6271は、パルス送受信部622が受信して反射信号蓄積部626に記憶された反射信号と、時空間差分情報蓄積部625に記憶された時空間差分情報と、電波送受信機62Mの固有情報と、を受信データとして、移動制御装置64の合成開口レーダ信号処理装置63へ送信する。なお、反射信号と時空間差分情報は、各々のタイムスタンプから、両者の対応関係を合成開口レーダ信号処理装置63にて判断できる。 Then, the received data transmission unit 6271 transmits the reflected signal received by the pulse transmission/reception unit 622 and stored in the reflected signal storage unit 626, the space-time difference information stored in the space-time difference information storage unit 625, and the unique information of the radio wave transmitter/receiver 62M as received data to the synthetic aperture radar signal processing device 63 of the movement control device 64. Note that the correspondence between the reflected signal and the space-time difference information can be determined by the synthetic aperture radar signal processing device 63 from their respective timestamps.

一方、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smの電波送受信機62Sも、上述したマスター合成開口レーダ装置61Mにおける電波送受信機62Mとほぼ同様の構成であるから、同一機能には同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ以下に説明する。 Meanwhile, the radio wave transceivers 62S of the first through Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 through 61Sm have substantially the same configuration as the radio wave transceiver 62M in the master synthetic aperture radar device 61M described above. Therefore, the same functions will be assigned the same reference numerals and their explanations will be omitted, with only the differences being described below.

電波送受信機62Sの時空間差分情報取得部6232は、同期用アンテナ6231を用いた無線通信によって、電波送受信機62Mの基準発振器624をマスタークロックとして時間的差分情報を取得し、その時間的誤差を補正するように同期制御部6233が基準発振器624を制御する。これにより、電波送受信機62Sの基準発振器624は、電波送受信機62Mの基準発振器624と同期することとなる。したがって、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smの電波送受信機62Sのチャープパルス生成部6221によって生成されるチャープパルスの位相を高精度で揃えることができる。すなわち、マスター合成開口レーダ装置61Mと第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smから同時にパルス信号を観測エリアOAに向けて発射すると、見かけ上の単一アンテナから高出力のチャープパルスを発射したこととなり、観測対象物からの反射信号の受信レベルが高くなり、ノイズの影響を軽減できる。加えて、観測対象物からの反射信号をマスター合成開口レーダ装置61Mと第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smが同時に受信するので、見かけ上、大口径のアンテナで反射信号を受信したこととなる。 The time-space difference information acquisition unit 6232 of the radio wave transceiver 62S acquires time difference information using the reference oscillator 624 of the radio wave transceiver 62M as the master clock via wireless communication using the synchronization antenna 6231, and the synchronization control unit 6233 controls the reference oscillator 624 to correct the time error. This synchronizes the reference oscillator 624 of the radio wave transceiver 62S with the reference oscillator 624 of the radio wave transceiver 62M. Therefore, the phases of the chirp pulses generated by the chirp pulse generation units 6221 of the radio wave transceivers 62S of the first through Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 through 61Sm can be aligned with high precision. In other words, when pulse signals are simultaneously emitted from the master synthetic aperture radar device 61M and the first through Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 through 61Sm toward the observation area OA, it appears as if a high-power chirp pulse is being emitted from an apparent single antenna, increasing the reception level of the reflected signal from the observation target and reducing the effects of noise. In addition, the reflected signal from the observation target is received simultaneously by the master synthetic aperture radar device 61M and the first through Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 through 61Sm, making it appear as if the reflected signal is received by a large-diameter antenna.

なお、分散型合成開口レーダシステム6におけるコントロール機能(飛行速度や通信用アンテナ621の方向制御など)は、マスター合成開口レーダ装置61Mに持たせても良いし、移動制御装置64に持たせても構わない。 The control functions of the distributed synthetic aperture radar system 6 (such as flight speed and direction control of the communication antenna 621) may be provided by the master synthetic aperture radar device 61M or by the movement control device 64.

移動制御装置64の合成開口レーダ信号処理装置63は、データ受信用アンテナ631および無線通信部632を介して、マスター合成開口レーダ装置61Mおよび第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smからの受信データを取得する。マスター合成開口レーダ装置61Mからの受信データにおける反射信号に対して、時空間差分情報における空間的差分情報に基づく空間的誤差を補正する位相調整を位相調整部633で行う。これにより、時空間差分情報に基づいて空間的誤差を補正したマスター合成開口レーダ装置61Mの受信データが得られる。同様に、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smからの受信データにおける反射信号に対して、時空間差分情報における空間的差分情報に基づく空間的誤差を補正する位相調整を位相調整部633で行う。これにより、時空間差分情報に基づいて位相ずれを補正した第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smの受信データが得られる。 The synthetic aperture radar signal processing device 63 of the mobile control device 64 acquires received data from the master synthetic aperture radar device 61M and the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm via the data receiving antenna 631 and wireless communication unit 632. The phase adjustment unit 633 performs phase adjustment on the reflected signals in the received data from the master synthetic aperture radar device 61M to correct spatial errors based on the spatial difference information in the spatiotemporal difference information. This results in received data from the master synthetic aperture radar device 61M with spatial errors corrected based on the spatiotemporal difference information. Similarly, the phase adjustment unit 633 performs phase adjustment on the reflected signals in the received data from the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm to correct spatial errors based on the spatial difference information in the spatiotemporal difference information. This results in received data from the first to Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 to 61Sm with phase shifts corrected based on the spatiotemporal difference information.

上述したように、マスター合成開口レーダ装置61Mと第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1~61Smが同時に受信した反射信号は、同じ観測エリアOAのデータと看做せる。これら同時取得された反射信号に対して位相調整し、これらを合成した合成受信データとすれば、不規則なノイズの影響が軽減される。そこで、相関処理実行部634が、合成受信データに相関処理を実行して解像すれば、精度の高い二次元画像を得ることが可能となる。 As mentioned above, the reflected signals received simultaneously by the master synthetic aperture radar device 61M and the first through Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1 through 61Sm are considered to be data from the same observation area OA. By adjusting the phase of these simultaneously acquired reflected signals and combining them to create composite received data, the effects of irregular noise can be reduced. Therefore, if the correlation processing execution unit 634 performs correlation processing on the composite received data and resolves it, it becomes possible to obtain a highly accurate two-dimensional image.

なお、図12に示す分散型合成開口レーダシステム6′のように、チャープパルスの発射はマスター合成開口レーダ装置61Mのみが行い、第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1′~61Sm′の電波送受信機62S′は、パルス受信のみ行う構成としても良い。この場合、電波送受信機62S′には基準発振器624をマスタークロックと同期させる機能が不要になると共に、パルス送受信部622のパルス送信機能を使用しなければ良い。あるいは、パルス送受信部622に代えてパルス受信部628を設け、通信用アンテナ621を駆動させるアンテナ駆動部6281と反射信号樹脂部6282のみを備える構成としても構わない。この分散型合成開口レーダシステム6′においても、マスター合成開口レーダ装置61Mと第1~第Mスレーブ合成開口レーダ装置61S1′~61Sm′が同時に受信した反射信号を合成して相関処理を行えば、精度の高い二次元画像を得ることが可能となる。 In addition, as shown in Figure 12, a distributed synthetic aperture radar system 6' may be configured in which only the master synthetic aperture radar device 61M emits chirp pulses, and the radio wave transceivers 62S' of the first through Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1' through 61Sm' only receive pulses. In this case, the radio wave transceiver 62S' does not need to synchronize the reference oscillator 624 with the master clock, and the pulse transmission function of the pulse transceiver unit 622 need not be used. Alternatively, a pulse receiver 628 may be provided in place of the pulse transceiver unit 622, and the configuration may include only an antenna driver 6281 that drives the communication antenna 621 and a reflected signal resin unit 6282. In this distributed synthetic aperture radar system 6', highly accurate two-dimensional images can be obtained by combining and correlating the reflected signals simultaneously received by the master synthetic aperture radar device 61M and the first through Mth slave synthetic aperture radar devices 61S1' through 61Sm'.

以上、本発明に係る電波送受信機、分散型フェーズドアレイアンテナシステム、分散型電磁波観測データ収集システムおよび分散型合成開口レーダシステムの実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない範囲で、公知既存の等価な技術手段を転用することにより実施しても構わない。 The above describes embodiments of the radio wave transceiver, distributed phased array antenna system, distributed electromagnetic wave observation data collection system, and distributed synthetic aperture radar system according to the present invention, based on the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and may be implemented by adapting publicly known, existing equivalent technical means, provided that the configuration described in the claims is not changed.

1 分散型フェーズドアレイアンテナシステム
2 電波送受信機
21 通信用アンテナ
24 位相調整部
26 基準発振器
28 時空間差分情報取得部
REFERENCE SIGNS LIST 1 Distributed phased array antenna system 2 Radio wave transmitter/receiver 21 Communication antenna 24 Phase adjustment unit 26 Reference oscillator 28 Space-time difference information acquisition unit

Claims (6)

複数のアンテナ素子を配列して所望の指向性を得るフェーズドアレイアンテナシステムを構成する前記アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、
N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、時空間差分情報取得部と、移相調整部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、
前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、
前記移相調整部は、前記時空間差分情報に基づいて、前記時間的誤差及び/または前記空間的誤差を補正するように、前記通信用アンテナから放射する電波の移相量を調整する、
ことを特徴とする電波送受信機。
A radio wave transceiver usable as an antenna element constituting a phased array antenna system in which a plurality of antenna elements are arranged to obtain a desired directivity,
The system includes N communication antennas (N is any natural number), a space-time difference information acquisition unit, a phase adjustment unit, and a reference oscillator that generates a reference frequency signal,
the time-space difference information acquisition unit transmits and receives codes to and from another radio wave transceiver by wireless communication using a synchronization antenna separate from the communication antenna, and measures temporal difference information, which is a temporal error between the radio wave transceiver serving as a reference and its own device, and spatial difference information, which is a spatial error between its own device's appropriate position and its own device's current position relative to the radio wave transceiver serving as a reference, based on a time difference between the respective reference oscillators and a propagation delay time associated with the code transmission and reception, and acquires time-space difference information including the temporal difference information and the spatial difference information;
the phase-shift adjusting unit adjusts the amount of phase shift of the radio wave radiated from the communication antenna so as to correct the temporal error and/or the spatial error based on the time-space difference information.
A radio wave transmitter/receiver characterized by:
請求項1に記載の前記電波送受信機を複数用いて構成され、各電波送受信機の前記通信用アンテナから放射される電波の重ね合わせによって特定の指向性をもつ前記フェーズドアレイアンテナシステムを構成することを特徴とする分散型フェーズドアレイアンテナシステム。 A distributed phased array antenna system comprising a plurality of the radio wave transceivers described in claim 1, wherein the phased array antenna system has a specific directivity due to the superposition of radio waves radiated from the communication antennas of each radio wave transceiver. 複数のアンテナ素子を配列して、各アンテナ素子が受信した受信信号に適切な位相シフト処理と適切な重み付け(振幅の増幅・減衰)処理をして合成することで種々の指向性の受信ビームを形成できるビームフォーミングアンテナにおける各アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、
N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、時空間差分情報取得部と、各通信用アンテナに対応するN個の信号受信部と、受信データ送信部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、
前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する現在の自機の相対位置である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、
前記受信データ送信部は、前記信号受信部が受信した受信信号と、その受信タイミングにおける前記時空間差分情報と、自機と他の前記電波送受信機とを識別可能に設定された自機の固有情報と、を紐付けた受信データを機外へ送信する、
ことを特徴とする電波送受信機。
A radio wave transceiver that can be used as each antenna element in a beamforming antenna that can form reception beams with various directions by arranging multiple antenna elements and performing appropriate phase shift processing and appropriate weighting (amplitude amplification/attenuation) processing on the reception signals received by each antenna element and combining the received signals,
The system includes N communication antennas (N is any natural number), a time-space difference information acquisition unit, N signal receiving units corresponding to the respective communication antennas, a received data transmitting unit, and a reference oscillator that generates a reference frequency signal,
the time-space difference information acquisition unit transmits and receives codes to and from another radio wave transceiver by wireless communication using a synchronization antenna separate from the communication antenna, and measures time difference information, which is a time error between the radio wave transceiver serving as a reference and its own device, and spatial difference information, which is a relative position of its own device with respect to the radio wave transceiver serving as a reference, based on a time difference between the mutual reference oscillators and a propagation delay time associated with the code transmission and reception, and acquires time-space difference information including the time difference information and the spatial difference information;
the received data transmitting unit transmits to the outside of the device received data that is linked to the received signal received by the signal receiving unit, the time-space difference information at the reception timing of the signal, and unique information of the device that is set so as to be able to distinguish the device from the other radio wave transceivers;
A radio wave transmitter/receiver characterized by:
請求項3に記載の電波送受信機を移動体に搭載してなる複数のスレーブモビリティと、
少なくとも、複数の前記スレーブモビリティより送信された前記受信データを収集し、収集した前記受信データをまとめて所定のデータ収集所へ転送するデータ中継機を、移動体に搭載してなるマスターモビリティと、
を含み、
複数の前記スレーブモビリティと前記マスターモビリティを任意に設定した電磁波観測エリアに配置し、各スレーブモビリティからの前記受信データを収集した前記マスターモビリティのみが、収集した前記受信データを電磁波観測データとして前記データ収集所へ転送することを特徴とする分散型電磁波観測データ収集システム。
a plurality of slave mobilities each having the radio wave transceiver according to claim 3 mounted thereon;
a master mobility having a data relay device mounted on a moving body that collects at least the received data transmitted from the plurality of slave mobility devices and transfers the collected received data to a predetermined data collection point;
Including,
A distributed electromagnetic wave observation data collection system characterized in that multiple slave mobilities and the master mobility are placed in an arbitrarily set electromagnetic wave observation area, and only the master mobility that collects the received data from each slave mobility forwards the collected received data to the data collection center as electromagnetic wave observation data.
複数のアンテナ素子を配列し、画像取得エリアの上空をアジマス方向へ移動しつつパルスの送受信を繰り返して得た受信信号を、合成開口レーダ信号処理装置により加工して二次元画像を生成できる合成開口レーダにおける各アンテナ素子として利用可能な電波送受信機であって、
N個(Nは任意の自然数)の通信用アンテナと、各通信用アンテナに対応するN個のパルス送受信部と、時空間差分情報取得部と、受信データ送信部と、基準周波数信号を生成する基準発振器と、を備え、
前記時空間差分情報取得部は、前記通信用アンテナとは別の同期用アンテナを用いた無線通信によって、他の前記電波送受信機と相互にコード送受信を行い、相互の前記基準発振器の時刻ずれと前記コード送受信に伴う伝搬遅延時間とに基づいて、基準となる前記電波送受信機と自機との時間的誤差である時間的差分情報及び基準となる前記電波送受信機に対する自機の適正位置と自機の現在位置との空間的誤差である空間的差分情報を計測し、前記時間的差分情報及び前記空間的差分情報を含む時空間差分情報を取得し、
前記受信データ送信部は、前記パルス送受信部が受信した反射信号と、前記時空間差分情報取得部が取得した前記時空間差分情報と、自機と他の前記電波送受信機とを識別可能に設定された自機の固有情報と、を受信データとして前記合成開口レーダ信号処理装置へ送信する、
ことを特徴とする電波送受信機。
A radio wave transmitter/receiver that can be used as each antenna element in a synthetic aperture radar that has a plurality of antenna elements arranged, and that can generate a two-dimensional image by processing received signals obtained by repeatedly transmitting and receiving pulses while moving in an azimuth direction above an image acquisition area using a synthetic aperture radar signal processing device,
The system includes N communication antennas (N is any natural number), N pulse transmitting/receiving units corresponding to the respective communication antennas, a space-time difference information acquiring unit, a received data transmitting unit, and a reference oscillator that generates a reference frequency signal,
the time-space difference information acquisition unit transmits and receives codes to and from another radio wave transceiver by wireless communication using a synchronization antenna separate from the communication antenna, and measures temporal difference information, which is a temporal error between the radio wave transceiver serving as a reference and its own device, and spatial difference information, which is a spatial error between its own device's appropriate position and its own device's current position relative to the radio wave transceiver serving as a reference, based on a time difference between the respective reference oscillators and a propagation delay time associated with the code transmission and reception, and acquires time-space difference information including the temporal difference information and the spatial difference information;
the received data transmitting unit transmits, as received data, to the synthetic aperture radar signal processing device, the reflected signal received by the pulse transmitting/receiving unit, the time-space difference information acquired by the time-space difference information acquiring unit, and unique information of the own device set to be able to distinguish between the own device and the other radio wave transceivers;
A radio wave transmitter/receiver characterized by:
請求項5に記載の電波送受信機を移動体に搭載し、前記画像取得エリアに対するパルス信号の送信と反射信号の受信を行うマスター合成開口レーダ装置と、
請求項5に記載の電波送受信機を移動体に搭載し、前記マスター合成開口レーダ装置と同じ画像取得エリアに対してパルス信号の送信と反射信号の受信を行うM台(Mは任意の自然数)のスレーブ合成開口レーダ装置と、
前記マスター合成開口レーダ装置および前記スレーブ合成開口レーダ装置からの受信データを加工して二次元画像を生成する合成開口レーダ信号処理装置と、
を含み、
前記スレーブ合成開口レーダ装置は、前記マスター合成開口レーダ装置を基準となる前記電波送受信機として前記時空間差分情報を取得し、少なくとも前記時間的差分情報に基づいて前記時間的誤差を補正する位相調整を行うことで、前記マスター合成開口レーダ装置のパルス送信と同期したパルス信号の送信を行い、
前記合成開口レーダ信号処理装置は、前記マスター合成開口レーダ装置および/または前記スレーブ合成開口レーダ装置からの前記受信データにおける反射信号に対して、少なくとも前記時空間差分情報における前記空間的差分情報に基づいて前記空間的誤差を補正する位相調整を行う、
ことを特徴とする分散型合成開口レーダシステム。
a master synthetic aperture radar device that is mounted on a moving body and that transmits pulse signals to the image acquisition area and receives reflected signals;
M slave synthetic aperture radar devices (M is any natural number) each equipped with the radio wave transmitter/receiver according to claim 5 and configured to transmit pulse signals and receive reflected signals from the same image acquisition area as the master synthetic aperture radar device;
a synthetic aperture radar signal processing device that processes received data from the master synthetic aperture radar device and the slave synthetic aperture radar device to generate a two-dimensional image;
Including,
the slave synthetic aperture radar device acquires the spatiotemporal difference information using the master synthetic aperture radar device as the reference radio wave transceiver, and performs phase adjustment to correct the temporal error based on at least the temporal difference information, thereby transmitting a pulse signal synchronized with the pulse transmission of the master synthetic aperture radar device;
the synthetic aperture radar signal processing device performs phase adjustment on the reflected signals in the received data from the master synthetic aperture radar device and/or the slave synthetic aperture radar device to correct the spatial error based on at least the spatial difference information in the spatiotemporal difference information;
A distributed synthetic aperture radar system comprising:
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