JPH0812238B2 - 電波到来方向測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電波の到来方向を測
定する電波方向測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の装置として、特公昭５４
−１５３９９号公報および特公昭５４−１５４００号公
報に開示されている装置が知られている。特公昭５４−
１５３９９号公報に記載の発明は、アンテナの指向性を
実質的に周期的に回転させて、その無線周波出力を検波
し、位相が電波の到来方向に対応する矩形波に整形し
て、その信号をデコードして複数個の発光素子のうち該
当する発光素子を発光させて、電波の到来方向を表示さ
せるものである。また、特公昭５４−１５４００号公報
に記載の発明は、無指向性の給電アンテナを中心とする
円周上に複数個の無給電アンテナを等間隔に配置し、各
無給電アンテナの負荷インピーダンスを順次切替走査す
ることによってアンテナの指向特性を周期的に回転さ
せ、その状態で前記無指向性給電アンテナに現れる信号
の検波出力の走査周波数成分の位相が電波の到来方向に
対応することを利用して、前記負荷インピーダンスの切
り替えを順次行う走査信号と前記検波出力の走査周波数
成分との位相差を測定することによって電波の到来方向
を測定するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記特公昭５４−１５
３９９号公報および特公昭５４−１５４００号公報に記
載の発明では、アンテナの指向方向を順次回転させるた
めの機械的な回転機構が不要であるため、装置が大型化
せず信頼性に優れ、また増幅検波器の入力回路に切替回
路を必要としないため、切替による過渡歪みや信号損失
による影響を受けないという特徴を備えている。

【０００４】しかしながら、いずれの方法においても、
アンテナの指向方向を電子的に回転させることによって
被測定電波をＡＭ変調し、その被変調波の位相とアンテ
ナの指向方向を電子的に回転させるために使用した基準
信号との位相差を比較することによって、電波の到来方
向を検出するものであるため、アンテナの指向方向を順
次電子的に回転させるための回路系や位相検出または位
相比較を行う回路系に生じる位相のずれがそのまま測定
誤差となるため、アナログ回路による位相のずれを補正
するための回路が必要であったり、またその特性に温度
依存性が生じるなど、高精度な電波方向探知装置には適
さないものであった。

【０００５】この発明の目的は、上述の問題を解消し
て、小型で信頼性が高く、高精度に電波到来方向を測定
することのできる電波到来方向測定装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る電波到来方向測定装置は、無指向性給電アンテナを中
心に配置し、それぞれ途中にスイッチング素子を装荷し
て、そのスイッチング素子のオンオフ状態によって、リ
アクタンスの変化する複数の無給電アンテナを前記無指
向性給電アンテナを中心とする円周上に等間隔に配置し
て成るアンテナユニットと、前記各無給電アンテナのス
イッチング素子のオンオフ状態の制御を行うスイッチ制
御手段と、前記無指向性給電アンテナの出力である受信
信号を増幅するとともに、その受信信号の強度をディジ
タルデータに変換して、受信信号強度データを測定する
受信信号強度測定手段と、前記各アンテナユニットのス
イッチング素子のオンオフ状態の組み合わせにより定ま
る各受信信号強度パターンを、受信信号の方向に対する
受信信号強度のデータ群として予め記憶する受信信号強
度パターンデータ記憶手段と、前記スイッチ制御手段を
制御して前記アンテナユニットの受信信号強度パターン
を複数種に変化させるとともに、各受信信号強度パター
ンの状態で前記受信信号強度測定手段の求めた受信信号
強度データからなるデータ群を前記受信信号強度パター
ンデータ記憶手段の記憶するデータ群を基にパターンマ
ッチングを行い、最も近似するデータ群の受信信号の方
向を判定する受信信号方向判定手段、とから成る。

【０００７】この発明の請求項２に係る電波到来方向測
定装置は、無指向性給電アンテナを中心に配置し、それ
ぞれ途中にスイッチング素子を装荷して、そのスイッチ
ング素子のオンオフ状態によって、リアクタンスの変化
する複数の無給電アンテナを前記無指向性給電アンテナ
を中心とする円周上に等間隔に配置して成るアンテナユ
ニットと、前記各無給電アンテナのスイッチング素子の
オンオフ状態の制御を行うスイッチ制御手段と、前記無
指向性給電アンテナの出力である受信信号を増幅すると
ともに、その受信信号の強度をディジタルデータに変換
して、受信信号強度データを測定する受信信号強度測定
手段と、前記スイッチ制御手段を制御して前記アンテナ
ユニットの受信信号強度パターンを略無指向性にすると
ともに、その状態で前記受信信号強度測定手段の求めた
受信信号強度を基準受信信号強度として抽出する基準受
信信号強度抽出手段と、前記スイッチ制御手段を制御し
て前記アンテナユニットの受信信号強度パターンに指向
性を持たせ、異なる受信信号強度パターンについて、前
記受信信号強度測定手段の求めた受信信号強度を前記基
準受信信号強度に対する比として正規化して、方向検出
用受信信号強度として抽出する方向検出用受信信号強度
抽出手段と、前記各無給電アンテナのスイッチング素子
のオンオフ状態の組み合わせにより定まる各受信信号強
度パターンを、受信信号の方向に対する受信信号強度の
データ群として予め記憶する受信信号強度パターンデー
タ記憶手段と、前記受信信号強度パターンデータ記憶手
段のデータを参照して、異なる受信信号強度パターン毎
の前記方向検出用受信信号強度から、それぞれ受信信号
の仮定方向を求めるとともに、受信信号の複数の仮定方
向から最も確度の高い方向を受信信号の方向として判定
する受信信号方向判定手段、とから成る。

【０００８】

【作用】この発明の請求項１に係る電波到来方向測定装
置において、アンテナユニットは、その中心に無指向性
給電アンテナが中心に配置され、それぞれ途中にスイッ
チング素子が装荷されて、そのスイッチング素子のオン
／オフ状態によって、リアクタンスが変化する複数の無
給電アンテナが前記無指向性給電アンテナを中心とする
円周上に等間隔に配置されて成る。

【０００９】ここで、アンテナユニットの構成例を図２
に示す。図２においてこの発明に係るアンテナユニット
は、無指向性給電アンテナ５が中心に配置され、複数の
無給電アンテナ１，２，３，４が無指向性給電アンテナ
位置を中心とする円周上に等間隔に配置されている。同
図に示す例では、無給電アンテナ１，２，３，４がそれ
ぞれ（１ａ，１ｂ），（２ａ，２ｂ），（３ａ，３
ｂ），（４ａ，４ｂ）から成り、無給電アンテナ支持部
６，７，８，９内にスイッチング素子が設けられ、その
スイッチング素子のオン／オフ状態によって、無給電ア
ンテナ１，２，３，４のリアクタンスが変化する。

【００１０】スイッチ制御手段は前記各無給電アンテナ
のスイッチング素子のオン／オフ状態を制御するが、こ
の各無給電アンテナのスイッチング素子のオン／オフ状
態によって、無給電アンテナが反射器、導波器または等
価的に存在しない状態として作用し、アンテナユニット
の指向特性が変化する。図３は図２に示したアンテナユ
ニットの上面図の主要部のみを示す図であり、たとえば
無給電アンテナ１，２，３，４をそれぞれ北（Ｎ），東
（Ｅ），南（Ｓ），西（Ｗ）方向に配置するものとし、
無給電アンテナ２，３，４をそれぞれ反射器とし、無給
電アンテナ１を等価的に存在しない状態とすれば、図４
においてたとえばＡ１で示すような受信信号強度パター
ンの指向特性が得られる。もし全ての無給電アンテナが
反射器の状態または等価的に存在しない状態となれば、
Ｒで示すような無指向性特性となり、また、たとえば無
給電アンテナ３，４をそれぞれ反射器とし、無給電アン
テナ１，２をそれぞれ等価的に存在しない状態とすれ
ば、図４においてたとえばＢ１で示すような受信信号強
度パターンの指向特性が得られる。

【００１１】さて、受信信号強度測定手段は、前記無指
向性給電アンテナの出力である受信信号を増幅するとと
もに、その受信信号の強度をディジタルデータに変換し
て、受信信号強度を求める。受信信号強度パターンデー
タ記憶手段は、前記各無給電アンテナのスイッチング素
子のオン／オフ状態の組合せにより定まる受信信号強度
パターンを、受信信号の方向と受信信号強度との対応関
係をデータ群として予め記憶する。そして、受信信号方
向検出手段は、スイッチ制御手段を制御してアンテナユ
ニットの受信信号強度パターンを複数種に変化させると
ともに、各受信信号強度パターンの状態で前記受信信号
強度測定手段の求めた受信信号強度データからなるデー
タ群を、前記受信信号強度パターンデータ記憶手段の記
憶するデータ群を基にパターンマッチングを行い、最も
近似するデータ群の受信信号の方向を求める。

【００１２】以上に述べたように、アンテナユニットの
指向方向を順次周期的に回転させつつ受信信号の走査周
波数成分の位相を検出するのではなく、異なった受信信
号強度パターン毎に求めた受信信号強度データを予め求
めた受信信号強度パターンデータからのパターンマッチ
ングによって受信信号方向を判定するようにしたため、
回路の特性により生じる位相ずれに起因する測定誤差が
生じなく、各受信信号強度パターンの、受信信号方向と
受信信号強度との対応関係をあらかじめ正確に求めてお
けば、高い分解能で高精度に電波到来方向を測定できる
ようになる。

【００１３】この発明の請求項２に係る電波到来方向測
定装置において、アンテナユニット、スイッチ制御手
段、受信信号強度測定手段および受信信号強度パターン
データ記憶手段の各作用は上述したものと同様である。
基準受信信号強度抽出手段は、前記スイッチ制御手段の
制御によってアンテナユニットの受信信号強度パターン
が略無指向性である状態での受信信号強度を基準受信信
号強度として抽出する。

【００１４】図４に示した例では、Ｌｒの値が基準受信
信号強度となる。方向検出用受信信号強度抽出手段は、
前記スイッチ制御手段の制御によってアンテナユニット
の受信信号強度パターンに指向性を持たせ、異なる受信
信号強度パターンについて求めた受信信号強度を前記基
準受信信号強度に対する比として正規化し、これを方向
検出用受信信号強度として抽出する。図４に示した例で
は、受信信号強度パターンＡ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２のそ
れぞれについての方向検出用受信信号強度はＬａ１／Ｌ
ｒ，Ｌｂ１／Ｌｒ，Ｌａ２／Ｌｒ，Ｌｂ２／Ｌｒとして
求められる。受信信号方向判定手段は、異なる受信信号
強度パターン毎の方向検出用受信信号強度から、それぞ
れ受信信号の仮定方向を求めるとともに、受信信号の複
数の仮定方向から最も確度の高い方向を受信信号の方向
として判定する。図４に示した例では、たとえば北を基
準とする電波の到来方位角をθとすれば、受信信号強度
パターンＡ１は北方向を中心として線対称であるため、
この受信信号強度パターンＡ１についての方向検出用受
信信号強度では、電波到来方位がθまたは−θと仮定す
ることができる。また、受信信号強度パターンＢ１は北
東方向を中心として線対称であるため、この受信信号強
度パターンＢ１についての方向検出用受信信号強度で
は、電波の到来方位がθまたは（９０°−θ）と仮定す
ることができる。

【００１５】同様に、受信信号強度パターンＡ２は、東
方向を中心として線対称であるため、この受信信号強度
パターンＡ２による方向検出用受信信号強度では、電波
の到来方位がθまたは（１８０°−θ）と仮定すること
ができる。他の受信信号強度パターンについても同様
に、各受信信号強度パターン毎の方向検出用受信信号強
度からそれぞれ２つの方向を電波の到来方向として仮定
することができる。しかし、すべての受信信号強度パタ
ーンはその対称中心の方向が異なっているため、各々の
受信信号強度パターンについての方向検出用受信信号強
度から求めた仮定方向が重なる方向（θ方向）を真の電
波到来方向として判定できる。

【００１６】以上に述べたように、アンテナユニットの
指向方向を順次周期的に回転させつつ受信信号の走査周
波数成分の位相を検出するのではなく、異なった受信信
号強度パターン毎に求めた受信信号強度を無指向性状態
での受信信号強度で正規化した値を基にして受信信号方
向を判定するようにしたため、回路の特性により生じる
位相ずれに起因する測定誤差が生じなく、各受信信号強
度パターンの、受信信号方向と受信信号強度との対応関
係をあらかじめ正確に求めておけば、高い分解能で高精
度に電波到来方向を測定できるようになる。

【００１７】

【実施例】

〈第１の実施例〉先ず、この発明の実施例である電波到
来方向測定装置に用いるアンテナユニットの構造を図２
を基に説明する。図２において１４はポール、１０，１
１，１２，１３はその先端にそれぞれ無給電アンテナを
取りつけるための無給電アンテナ支持バーである。ポー
ル１４の先端部には無指向性給電アンテナ５を立ててい
て、無給電アンテナ支持バー１０，１１，１２，１３を
地導体線として用い、地線付アンテナの構成としてい
る。無給電アンテナ支持バー１０，１１，１２，１３の
先端部には無給電アンテナ支持部６，７，８，９を設
け、無給電アンテナ支持バー１０，１１，１２，１３か
ら絶縁状態で無給電アンテナ（１ａ，１ｂ），（２ａ，
２ｂ），（３ａ，３ｂ），（４ａ，４ｂ）を取りつけて
いる。無給電アンテナ支持部６，７，８，９の内部にお
いて、図における上下方向に延びる無給電アンテナをそ
れぞれダイオードを介して接続している。無指向性給電
アンテナ１の素子長は受信すべき電波のλ／４（１／４
波長）の長さとし、無給電アンテナ１ａ，１ｂ，２ａ，
２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの各素子長および無給電
アンテナ支持バー１０，１１，１２，１３の各長さもλ
／４とし、上記ダイオードが導通状態のとき無給電アン
テナの等価素子長がλ／２となって、正のリアクタンス
をもち、反射器として作用するように構成している。

【００１８】次に、この発明の実施例である電波到来方
向測定装置の構成をブロック図として図１に示す。図１
においてダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は上述した
各無給電アンテナの途中に接続したスイッチング素子と
してのダイオードである。駆動回路１０は各ダイオード
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の通電制御を行う。ＣＰＵ２２
はパラレルＩ／Ｏポート２１を介して駆動回路２０に制
御信号を与える。受信回路２３は無指向性給電アンテナ
５に誘起される信号の強度を検出する。Ａ／Ｄコンバー
タ２４はその信号をディジタルデータに変換する。ＣＰ
Ｕ２２は受信信号強度のディジタルデータを読み取り、
メモリ２５内の所定領域に格納する。

【００１９】次に、図１に示したダイオードＤ１〜Ｄ４
のオン／オフ状態と図４に示した各受信信号強度パター
ンとの対応を図５に示す。図５において空白部分は図４
に示していない受信信号強度パターンであり、この空白
部分についても受信信号強度パターンＡ１〜Ａ４，Ｂ１
〜Ｂ４，Ｒとは異なる受信信号強度パターンが得られ
る。結局４つのダイオードのオン／オフ状態の組み合わ
せによって１６種の受信信号強度パターンが得られる。
ここで図６および図７に全ての受信信号強度パターンの
例を示す。なお、図７は横軸を角度θ、縦軸を利得とし
て展開した図である。このように、４つのダイオードの
オン／オフ状態の組み合わせによって得られる１６種の
受信信号強度パターンは一定であり、受信信号の方向に
対する受信信号強度は図８に示すようなテーブルとして
予め作成しておくことができる。そして、同図の測定デ
ータに示すように、４つのダイオードのオン／オフ状態
の組み合わせを替えて１６種のデータを測定し、この１
６個のデータをテーブルデータからパターンマッチング
する。その結果最も一致するパターンを有する角度が、
求めるべき角度である。

【００２０】〈第２の実施例〉アンテナユニットが、無
指向性給電アンテナを中心とする正確な回転対称体であ
れば、前記受信信号強度パターンＡ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ
４はそれぞれ、指向中心方向が異なるだけで、パターン
の形状は共通となる。したがってたとえば受信信号強度
パターンＡ１〜Ａ４については、図９（Ａ）に示すよう
に、１つの受信信号強度パターンを用いることができ、
しかも線対称のパターンであるため、図９（Ａ）の実線
部分のみについての角度θに対する受信信号強度Ｌａの
関係をテーブルとして図１０（Ａ）に示すように記憶す
ればよい。同様に受信信号強度パターンＢ１〜Ｂ４につ
いても、図９（Ｂ）の実線部分のみについての角度θに
対する受信信号強度Ｌｂの関係をテーブルとして図１０
（Ｂ）に示すように記憶すればよい。そして、４つのダ
イオードのオン／オフ状態の組み合わせを替えて１６種
のデータを測定し、この１６個のデータのうち、指向特
性のある１５種の測定データを無指向性状態における測
定データに対する比として正規化し、各テーブルデータ
から該当する角度を求め、求められた複数の該当角度の
うち、共通の角度データを測定結果とする。

【００２１】尚、上述した実施例では、無給電アンテナ
に装荷したスイッチング素子のオン／オフ状態の切り替
えによって、選択的に反射器として作用させたが、素子
長を変えたり、スイッチング素子の状態によって選択的
に装荷インピーダンスを変化させ、負のリアクタンスを
もたせるようにし、導波器として作用させるように構成
してもよい。また、実施例では、受信信号強度パターン
を、採り得るすべてのパターンに替えて、得られた全て
の受信信号強度データを基に受信信号方向を判定する例
を示したが、複数の受信信号強度パターンのうち代表的
ないくつかのパターンのみを用いるようにしてもよい。
さらに、実施例では４つの無給電アンテナを用いたが、
たとえば３つの無給電アンテナを配置してもよく、たと
えば、５つ以上の無給電アンテナを配置してもよい。

【００２２】

【発明の効果】この発明によれば、アンテナユニットの
指向方向を順次周期的に回転させつつ受信信号の走査周
波数成分の位相を検出するのではなく、異なった受信信
号強度パターン毎に求めた受信信号強度データを予め求
めた受信信号強度パターンデータからのパターンマッチ
ングにより、受信信号方向を判定するようにしたため、
また、異なった受信信号強度パターン毎に求めた受信信
号強度を無指向性状態での受信信号強度で正規化した値
を基にして受信信号方向を判定するようにしたため、回
路の特性により生じる位相ずれに起因する測定誤差が生
じなく、各受信信号強度パターンの、受信信号方向と受
信信号強度との対応関係をあらかじめ正確に求めておけ
ば、電波到来方向を高い分解能で高精度に測定できるよ
うになる。

【００２３】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である電波到来方向測定装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】この発明の実施例に係るアンテナユニットの構
造を示す斜視図である。

【図３】アンテナユニットの配置方向の例を示す概略平
面図である。

【図４】各種受信信号強度パターンの例を示す図であ
る。

【図５】スイッチング素子（ダイオード）のオン／オフ
状態とそれにより得られる受信信号強度パターンとの関
係を示す図である。

【図６】４つのスイッチング素子のオン／オフ状態によ
り採り得る全ての受信信号強度パターンの例を示す図で
ある。

【図７】図６の受信信号強度パターンを直角座標に展開
した図である。

【図８】第１の実施例に係る受信信号強度パターンデー
タのテーブルおよび測定データの例を示す図である。

【図９】図４に示す受信信号強度パターンＡ１〜Ａ４お
よびＢ１〜Ｂ４のそれぞれの共通受信信号強度パターン
を示す図である。

【図１０】図９に示す第２の実施例に係る共通受信信号
強度パターンデータのテーブルの例を示す図である。

【符号の説明】

１〜４−無給電アンテナ ５−無指向性給電アンテナ ６〜９−無給電アンテナ支持部 １０〜１３−無給電アンテナ支持バー １４−ポール Ｄ１〜Ｄ４−ダイオード（スイッチング素子）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無指向性給電アンテナを中心に配置し、そ
   れぞれ途中にスイッチング素子を装荷して、そのスイッ
   チング素子のオンオフ状態によって、リアクタンスの変
   化する複数の無給電アンテナを前記無指向性給電アンテ
   ナを中心とする円周上に等間隔に配置して成るアンテナ
   ユニットと、 前記各無給電アンテナのスイッチング素子のオンオフ状
   態の制御を行うスイッチ制御手段と、 前記無指向性給電アンテナの出力である受信信号を増幅
   するとともに、その受信信号の強度をディジタルデータ
   に変換して、受信信号強度データを測定する受信信号強
   度測定手段と、 前記各アンテナユニットのスイッチング素子のオンオフ
   状態の組み合わせにより定まる各受信信号強度パターン
   を、受信信号の方向に対する受信信号強度のデータ群と
   して予め記憶する受信信号強度パターンデータ記憶手段
   と、 前記スイッチ制御手段を制御して前記アンテナユニット
   の受信信号強度パターンを複数種に変化させるととも
   に、各受信信号強度パターンの状態で前記受信信号強度
   測定手段の求めた受信信号強度データからなるデータ群
   を前記受信信号強度パターンデータ記憶手段の記憶する
   データ群を基にパターンマッチングを行い、最も近似す
   るデータ群の受信信号の方向を判定する受信信号方向判
   定手段、 とから成る電波到来方向測定装置。
2. 【請求項２】無指向性給電アンテナを中心に配置し、そ
   れぞれ途中にスイッチング素子を装荷して、そのスイッ
   チング素子のオンオフ状態によって、リアクタンスの変
   化する複数の無給電アンテナを前記無指向性給電アンテ
   ナを中心とする円周上に等間隔に配置して成るアンテナ
   ユニットと、 前記各無給電アンテナのスイッチング素子のオンオフ状
   態の制御を行うスイッチ制御手段と、 前記無指向性給電アンテナの出力である受信信号を増幅
   するとともに、その受信信号の強度をディジタルデータ
   に変換して、受信信号強度データを測定する受信信号強
   度測定手段と、 前記スイッチ制御手段を制御して前記アンテナユニット
   の受信信号強度パターンを略無指向性にするとともに、
   その状態で前記受信信号強度測定手段の求めた受信信号
   強度を基準受信信号強度として抽出する基準受信信号強
   度抽出手段と、 前記スイッチ制御手段を制御して前記アンテナユニット
   の受信信号強度パターンに指向性を持たせ、異なる受信
   信号強度パターンについて、前記受信信号強度測定手段
   の求めた受信信号強度を前記基準受信信号強度に対する
   比として正規化して、方向検出用受信信号強度として抽
   出する方向検出用受信信号強度抽出手段と、 前記各無給電アンテナのスイッチング素子のオンオフ状
   態の組み合わせにより定まる各受信信号強度パターン
   を、受信信号の方向に対する受信信号強度のデータ群と
   して予め記憶する受信信号強度パターンデータ記憶手段
   と、 前記受信信号強度パターンデータ記憶手段のデータを参
   照して、異なる受信信号強度パターン毎の前記方向検出
   用受信信号強度から、それぞれ受信信号の仮定方向を求
   めるとともに、受信信号の複数の仮定方向から最も確度
   の高い方向を受信信号の方向として判定する受信信号方
   向判定手段、 とから成る電波到来方向測定装置。