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JPH0410761B2 - - Google Patents
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JPH0410761B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0410761B2
JPH0410761B2 JP57183304A JP18330482A JPH0410761B2 JP H0410761 B2 JPH0410761 B2 JP H0410761B2 JP 57183304 A JP57183304 A JP 57183304A JP 18330482 A JP18330482 A JP 18330482A JP H0410761 B2 JPH0410761 B2 JP H0410761B2
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signal
antenna
excitation load
received
load
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2605Array of radiating elements provided with a feedback control over the element weights, e.g. adaptive arrays

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はアレイ・アンテナを用いた受信装置
において、各アンテナ素子の受信信号にもとづい
て所望とする方向の電界(以後、所望信号波とい
う)以外の電界を受信しないようにアンテナの励
振荷重(複数のアンテナ素子で受信された各信号
に対して任意の振幅、位相の変化を与えること)
を自動的に決定する、アダプテイブ・アンテナ装
置の改良にかかわるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a receiving device using an array antenna, in which electric fields in directions other than the desired direction (hereinafter referred to as desired signal waves) are not received based on the received signals of each antenna element. Antenna excitation load (applying arbitrary amplitude and phase changes to each signal received by multiple antenna elements)
This invention concerns an improvement of an adaptive antenna device that automatically determines the

受信電界中に所望の信号波以外の妨害波等の方
向性雑音が存在するとき、これらの影響を受ける
事なく、所望信号波のみを受信するためには、ア
ンテナの励振荷重を調整し、妨害波方向のアンテ
ナ利得を零にする必要がある。
When there is directional noise such as interference waves other than the desired signal wave in the received electric field, in order to receive only the desired signal wave without being affected by these waves, adjust the excitation load of the antenna and remove the interference. It is necessary to reduce the antenna gain in the wave direction to zero.

アダプテイブ・アンテナ装置は、パルス繰り返
し周期内にある各レンジセルから得られる各アン
テナ素子からの入力信号にもとづいて、学習動作
と適応化を行う事により、この機能を実現するも
のである。
The adaptive antenna device achieves this function by performing a learning operation and adaptation based on the input signal from each antenna element obtained from each range cell within the pulse repetition period.

従来のこの種装置は、第1図のように構成され
ていた。第1図は2素子のアダプテイブ・アンテ
ナ装置である。図において1,2はアンテナ素子
であり、このアンテナ1,2で受信された信号
は、局部発振器3より生成された正弦波と、ミキ
サ4,5により混合されて中心周波数ωIFの中間
周波数(IF)を持つ信号に変換され、更にIF信
号増幅器6,7にて増幅される。また更にこの
IF信号に対し、今一度局部発振器8により生成
されたωIFより低い周波数ω0の正弦波がミキサ
9,10によつて混合され、通過周波数ωIF−ω0
の帯域フイルタ11,12を通過した後、中心周
波数ωIF−ω0のIF信号x10,x20が得られる。x10
x20は信号の複素包絡値である。(以後、IF信号に
対する記号はすべて複素包絡値を意味する。)、1
3,14はミキサで信号x10と荷重w1、信号x20
荷重w2を混合する。混合された2つの信号は加
算器15を通過して加算され、その後通過帯周波
数ωIFの帯域フイルタ16を通過して周波数ωIF
IF出力信号yが得られる。IF出力信号yはミキ
サ17及び18により信号x10,x20と混合されて
中心周波数ω0の信号v1,v2となりこれらが荷重
生成器19,20を経たのち荷重w1,w2が生成
され、この信号に対して再びミキサ13,14と
加算器15によつて加重和が作られることにより
出力信号yのフイードバツクが行われる。荷重生
成器19または20の構成は後述するが、その入
力としてやはり周波数ω0を持つた主ビーム形成
のための制御信号S* 1,S* 2が入力される。信号S* 1
S* 2は希望方向にアンテナメインビームを生成す
るためのものであり、その値は所望信号の方向に
応じてアンテナ1,2で受信する信号に生ずる位
相ずれS1,S2の共役複素数値である(*は共役複
素数をあらわす)。また21はアレイ・アンテナ
に装着されており制御信号S* 1,S* 2を生成するた
めの位相制御信号発生器であり、第1図の場合、
アンテナ1,2の間隔をd、所望電波の波長を
λ、アンテナの正面方向に対する所望電波の到来
方向の角度をθとするとき 1=0 2=−2π/λdsinθ という移相ずれの指示信号12を出力するも
のである。また、22,23は周波数ω0のIF信
号に対する移相器であり、それぞれ12の位
相変化を生じた信号S* 1,S* 2を出力する。この信
号が荷重生成器19及び20に入力される。
A conventional device of this type was constructed as shown in FIG. FIG. 1 shows a two-element adaptive antenna device. In the figure, 1 and 2 are antenna elements, and the signals received by these antennas 1 and 2 are mixed with a sine wave generated by a local oscillator 3 and mixers 4 and 5 to give an intermediate frequency ( IF) and is further amplified by IF signal amplifiers 6 and 7. Moreover, this
For the IF signal, a sine wave with a frequency ω 0 lower than ω IF generated by the local oscillator 8 is mixed by mixers 9 and 10, and the passing frequency ω IF −ω 0 is mixed.
After passing through the bandpass filters 11 and 12, IF signals x 10 and x 20 having a center frequency ω IF −ω 0 are obtained. x 10 ,
x 20 is the complex envelope value of the signal. (Hereafter, all symbols for IF signals mean complex envelope values.), 1
3 and 14 are mixers that mix the signal x 10 and the load w 1 and the signal x 20 and the load w 2 . The two mixed signals pass through an adder 15 and are added, and then pass through a bandpass filter 16 with a passband frequency ω IF to obtain a signal with a frequency ω IF .
An IF output signal y is obtained. The IF output signal y is mixed with the signals x 10 and x 20 by mixers 17 and 18 to become signals v 1 and v 2 with a center frequency ω 0. After passing through load generators 19 and 20, the loads w 1 and w 2 are generated. The mixers 13 and 14 and the adder 15 again generate a weighted sum of the signals to provide feedback of the output signal y. Although the configuration of the load generator 19 or 20 will be described later, control signals S * 1 and S * 2 for forming the main beam having the frequency ω 0 are also input thereto. signal S * 1 ,
S * 2 is for generating the antenna main beam in the desired direction, and its value is the conjugate complex value of the phase shift S 1 and S 2 that occurs in the signals received by antennas 1 and 2 depending on the direction of the desired signal. (* represents a conjugate complex number). Further, 21 is a phase control signal generator attached to the array antenna for generating control signals S * 1 and S * 2 , and in the case of Fig. 1,
When the distance between antennas 1 and 2 is d, the wavelength of the desired radio wave is λ, and the angle of arrival direction of the desired radio wave with respect to the front direction of the antenna is θ, the phase shift instruction signal 1 is 1 = 0 2 = -2π/λdsinθ. , 2 . Furthermore, 22 and 23 are phase shifters for the IF signal of frequency ω 0 and output signals S * 1 and S * 2 with phase changes of 1 and 2 , respectively. This signal is input to load generators 19 and 20.

次に、第2図に荷重生成器19(または20)
の構成を示す。まず、24は加算器で荷重生成器
19(または20)に対する中心周波数ω0の2
つのIF信号v1(またはv2)とS* 1(またはS* 2)を加
算する。この出力信号を入力する25は狭帯域フ
イルタで周波数ω0の信号のみを通過させる。ま
た26は周波数ω0の帯域増幅器であり、この出
力として周波数ω0の荷重w1(またはw2)を生成
する。荷重w1,w2はミキサ13,14を通じて
フイードバツクされる。
Next, in Fig. 2, the load generator 19 (or 20)
The configuration is shown below. First, 24 is an adder with a center frequency ω 0 of 2 for the load generator 19 (or 20).
Add two IF signals v 1 (or v 2 ) and S * 1 (or S * 2 ). 25, which inputs this output signal, is a narrow band filter that allows only the signal of frequency ω 0 to pass through. Further, 26 is a band amplifier with a frequency ω 0 , which generates a load w 1 (or w 2 ) with a frequency ω 0 as its output. The loads w 1 and w 2 are fed back through mixers 13 and 14.

IF帯域におけるこのアダプテイブ・アンテナ
装置の動作を解析するために次のようなベクトル w=〔w1、w2T ……(1) x=〔x10、x20T ……(2) s=〔S1、S2T ……(3) を考える。(但し、Tはベクトルの転置を意味す
る)狭帯域フイルタ25の時定数をτ、帯域増幅
器のゲインをgとすれば、wに関する微分方程式
は次のように与えられる。
In order to analyze the operation of this adaptive antenna device in the IF band, the following vectors w = [w 1 , w 2 ] T ……(1) x = [x 10 , x 20 ] T ……(2) Consider s=[S 1 , S 2 ] T ...(3). (However, T means vector transposition.) If the time constant of the narrow band filter 25 is τ and the gain of the band amplifier is g, the differential equation regarding w is given as follows.

τdw/dt+w=g(s*−x*y) ……(4) ところで、出力信号yは y=xTw ……(5) にて与えられるから、(4)式は次のようになる τdw/dt+(I+gx*xT)w=gs* ……(6) 但し、Iは2×2の単位行列である。 τdw/dt+w=g(s * −x * y) ...(4) By the way, since the output signal y is given by y=x T w ...(5), equation (4) becomes as follows. τdw/dt+(I+gx * xT )w=gs * ...(6) However, I is a 2×2 unit matrix.

ここで、入力信号が狭帯域な信号であれば(6)式
におけるx*xTはほぼ一定値となり、行列I+gx*
xTが正定値のエルミート行列となるため、(6)式の
解は収束する。その時の荷重は次のように与えら
れる。
Here, if the input signal is a narrowband signal, x * x T in equation (6) will be a nearly constant value, and the matrix I + gx *
Since x T becomes a positive definite Hermitian matrix, the solution to equation (6) converges. The load at that time is given as follows.

w=(I+gR)-1・gs* ……(7) 従つて、gが十分大きければ w=R-1s* ……(8) となる。但し、Rは信号xの相関行列である。 w=(I+gR) -1・gs * ...(7) Therefore, if g is large enough, w=R -1 s * ...(8). However, R is a correlation matrix of the signal x.

以上の構成において、入力信号xが広帯域信号
の場合には、x*xTの値が一定とならず(6)式の解
である荷重wが一定値に収束するとは限らず、そ
のために出力信号yにおいて妨害波が完全には除
去できなくなる可能性がある。
In the above configuration, if the input signal x is a wideband signal, the value of x * x T will not be constant, and the weight w, which is the solution to equation (6), will not necessarily converge to a constant value, and therefore the output There is a possibility that the interference wave in the signal y cannot be completely removed.

この発明は以上のアダプテイブ・アンテナ装置
における欠点を克服するために次のように改良を
ほどこしたものである。即ち、第3図で与えられ
るように入力信号x10,x20に対して、遅延素子2
7,28を追加し新たに信号x11,x21を得、信号
x10,x20から出力信号yを生成したのと同様の方
法によつて、ミキサ29,30と加算器31、帯
域フイルタ32とを用いて、信号x11,x21から信
号y1を得る。また、この信号はミキサ33,34
を通じて信号x11,x21と混合され、更に加算器3
5,36を通る事によつて荷重生成器19,20
への入力信号を生成するものとする。このように
する事によつて第1図における信号x*xTの瞬時
値のかわりにx*xTの時間平均をとる操作を行う
事になり、信号xの相関行列R=E{x*xT}のよ
り安定度の高い推定が可能であるため、広帯域の
入力信号に対しても、正しく荷重wが求められ
る。この事を正確に述べると次のようになる。
今、ベクトル x0=〔x10、x20T=x ……(9) x1=〔x11、x21T ……(10) を考えるものとすれば、第3図の回路における荷
重wに関する微分方程式は次のようになる。
In order to overcome the drawbacks of the above-described adaptive antenna device, the present invention has been improved as follows. That is, for input signals x 10 and x 20 as given in FIG.
7 and 28 to obtain new signals x 11 and x 21 , and the signal
In the same way as the output signal y was generated from x 10 and x 20 , the signal y 1 is obtained from the signals x 11 and x 21 using mixers 29 and 30, an adder 31, and a bandpass filter 32. . Also, this signal is sent to mixers 33 and 34.
is mixed with the signals x 11 and x 21 through adder 3
5, 36, the load generators 19, 20
Let us generate an input signal to By doing this, the time average of x * x T is taken instead of the instantaneous value of signal x * x T in Fig. 1, and the correlation matrix of signal x is R = E {x * x T } can be estimated with higher stability, so the weight w can be determined correctly even for a wideband input signal. To state this accurately, it is as follows.
Now, if we consider the vector x 0 = [x 10 , x 20 ] T = x ... (9) x 1 = [x 11 , x 21 ] T ... (10), then in the circuit of Fig. The differential equation regarding the load w is as follows.

τdw/dt+w=g(s*−x* 0y0−x* 1y1)……(11) 但し、y0=yである。また、信号y0及びy1は y0=xT 0w ……(12) y1=xT 1w ……(13) となるから、(11)式は、次のようになる。τdw/dt+w=g(s * −x * 0 y0 −x * 1 y1 )…(11) However, y0 =y. Furthermore, since the signals y 0 and y 1 are as follows: y 0 =x T 0 w (12) y 1 =x T 1 w (13), equation (11) becomes as follows.

τdw/dt+{I+g(x* 0xT 0+x* 1xT 1)}w=gs* ……(14) 従つて信号xの相関行列Rの推定値として R=1/2(x* 0xT 0+x* 1xT 1)……(15) という移動平均値を使う事ができるため、入力信
号xが広帯域になつても相関行列Rの値が低域フ
イルタリングされて一定値に保たれ、(14)式で
与えられる微分方程式の解である荷重wは時間の
増加と伴に一定の値に安定に収束する事ができ
る。
τdw/dt+{I+g(x * 0xT0 +x * 1xT1 )}w=gs * ...(14 ) Therefore, as the estimated value of the correlation matrix R of the signal x, R=1/2(x * 0 x T 0 + x * 1 x T 1 )...(15) Since the moving average value can be used, even if the input signal x becomes wideband, the value of the correlation matrix R is low-pass filtered and becomes a constant value. The load w, which is the solution of the differential equation given by equation (14), can stably converge to a constant value as time increases.

以上の方式は処理する信号の帯域によつては遅
延の段数を増加させてN段(N1)にする事に
より更に拡張する事ができる。即ち、第n段(n
=1、2、…、N)目の遅延回路の出力信号をxo
とすれば荷重wに関する微分方程式は τdw/dt+(I+gNn=0 x* oxT o)w=gs* ……(16) となる。遅延の段数を増加させれば、方程式
(16)の係数の変動が小さくなつて安定になるが、
一方、フイルタリングによる相関行列Rの推定の
遅延が大きくなるので、その遅延が問題にならぬ
程度に段数を設定する必要がある。
The above method can be further expanded by increasing the number of delay stages to N stages (N1) depending on the band of the signal to be processed. That is, the nth stage (n
= 1, 2, ..., N) the output signal of the delay circuit x o
Then, the differential equation regarding the load w becomes τdw/dt+(I+g Nn=0 x * o x T o ) w=gs * (16). If the number of delay stages is increased, the fluctuation of the coefficient in equation (16) will become smaller and stable, but
On the other hand, since the delay in estimating the correlation matrix R due to filtering becomes large, it is necessary to set the number of stages to such an extent that the delay does not become a problem.

以上のように、本発明に関るアダプテイブ・ア
ンテナ装置では広帯域の入力信号に対しても適切
に荷重の適応化を行なう事ができ、妨害波に対す
る有効な除去が期待できる。
As described above, in the adaptive antenna device according to the present invention, it is possible to appropriately adapt the load even to a wideband input signal, and effective cancellation of interference waves can be expected.

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

第1図は従来のアダプテイブ・アンテナ装置の
構成図、第2図はその中で使用される荷重生成器
の詳細構成図、第3図は本発明によるアダプテイ
ブ・アンテナ装置の荷重制御用相関ループの構成
図である。 図において、1,2はアレイ・アンテナ素子、
3,8は局部発振器、4,5,9,11,13,
14,17,18,29,30,33,34はミ
キサ、6,7,26はIF帯域の増幅器、10,
12,16,32はIF帯域の帯域フイルタ、1
9,20は荷重生成器、21は位相制御信号発生
器、22,23は移相器、15,24,31,3
5,36は加算器、25は狭帯域フイルタ、2
7,28は遅延素子である。尚、図中同一あるい
は相当部分には同一符号を付して示してある。
FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional adaptive antenna device, FIG. 2 is a detailed configuration diagram of a load generator used therein, and FIG. 3 is a diagram of a correlation loop for load control of an adaptive antenna device according to the present invention. FIG. In the figure, 1 and 2 are array antenna elements,
3, 8 are local oscillators, 4, 5, 9, 11, 13,
14, 17, 18, 29, 30, 33, 34 are mixers, 6, 7, 26 are IF band amplifiers, 10,
12, 16, 32 are IF band band filters, 1
9, 20 are load generators, 21 are phase control signal generators, 22, 23 are phase shifters, 15, 24, 31, 3
5 and 36 are adders, 25 is a narrow band filter, 2
7 and 28 are delay elements. In the drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 アレイ・アンテナと、そのアンテナ素子で受
信された各信号に対して励振荷重としての任意の
振幅、位相の変化を与える事のできる素子と、ア
ンテナ励振荷重を制御するための相関ループを有
し、パルス繰り返し周期内にある各レンジセルか
ら得られる各アンテナ素子の受信信号にもとづい
て所望する方向以外の電界の影響が出力において
打ち消されるようにアンテナ励振荷重を適応制御
する事が可能なアダプテイブ・アンテナ装置にお
いて、アンテナ励振荷重を制御する相関ループの
構成回路中で、パルス繰り返し周期内のあるレン
ジセルから得られる信号を受信信号として取り出
し、また、遅延素子を用いて前記受信信号を取り
出したレンジセルと同一のパルス繰り返し周期内
の他のレンジセルから得られる受信信号を遅延信
号として取り出し、遅延信号に対し、ミキサを用
いて受信信号と同一の荷重をかけたものを加算器
によつて合計した遅延出力信号を得、更に、この
遅延出力信号と、もとの受信信号に対する荷重和
である出力信号を、加算器によつて加え合わせた
信号を相関ループによりアンテナ励振荷重値とし
てフイードバツクする回路を有し、アンテナ素子
からの入力信号に対する相関行列を遅延を用いた
移動平均によつて低域フイルタリングして得る事
を可能にし、広帯域の入力信号に対しても、安定
なアンテナ励振荷重を得る事を特徴としたアダプ
テイブ・アンテナ装置。
1 It has an array antenna, an element that can apply arbitrary changes in amplitude and phase as an excitation load to each signal received by the antenna element, and a correlation loop for controlling the antenna excitation load. , an adaptive antenna that can adaptively control the antenna excitation load so that the influence of electric fields in directions other than the desired direction is canceled out at the output based on the received signal of each antenna element obtained from each range cell within the pulse repetition period. In the device, a signal obtained from a range cell within a pulse repetition period is extracted as a received signal in a correlation loop configuration circuit that controls the antenna excitation load, and a delay element is used to extract a signal obtained from a range cell that is the same as the range cell from which the received signal was extracted. The received signals obtained from other range cells within the pulse repetition period of and further includes a circuit that feeds back a signal obtained by adding this delayed output signal and an output signal which is a weighted sum with respect to the original received signal by an adder as an antenna excitation load value through a correlation loop, It is possible to obtain the correlation matrix for the input signal from the antenna element by low-pass filtering using a moving average using delay, and it is characterized by obtaining a stable antenna excitation load even for wideband input signals. Adaptive antenna device.
JP57183304A 1982-10-19 1982-10-19 Adaptive antenna device Granted JPS5972803A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS63128842A (en) * 1986-11-19 1988-06-01 Hitachi Ltd Adaptive type carrier phase controller
JPH049686A (en) * 1990-04-26 1992-01-14 Nec Corp Radio receiver

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION=1976 *

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