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JP3218135B2 - 電波到来方向探知装置 - Google Patents

電波到来方向探知装置

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JP3218135B2
JP3218135B2 JP33422693A JP33422693A JP3218135B2 JP 3218135 B2 JP3218135 B2 JP 3218135B2 JP 33422693 A JP33422693 A JP 33422693A JP 33422693 A JP33422693 A JP 33422693A JP 3218135 B2 JP3218135 B2 JP 3218135B2
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JP
Japan
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signal
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隆司 長尾
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Tokyo Keiki Inc
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Tokyo Keiki Inc
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  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、4アームデュアルモー
ドスパイラルアンテナを用いた電波到来方向探知装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】まず最初に、4アームデュアルモードス
パイラルアンテナにおけるx,y,z座標、アジマス
(方位)角、エレベーション(高低)角座標の関係を説
明する。
【0003】x,y,z座標系:アンテナ中心軸をz
軸、アンテナ面を通り、z軸に垂直な直交2軸をx軸、
y軸とする座標系である。
【0004】極座標系:z軸からの偏角θとz軸のまわ
りの回転角φを用いて原点からの方向を表現する座標系
である。
【0005】アジマス角、エレベーション角座標系:y
軸を中心とする回転角であるアジマス角Azと、x軸を
中心とする回転角であるエレベーション角EL を用いて
原点からの方向を表現する座標系である。
【0006】4アームデュアルモードスパイラルアンテ
ナは、ΣモードとΔモードの電磁波を同時に励振および
受信することができる。
【0007】Σモードの放射パターンはアンテナ中心軸
(z軸)上にピークを有する広い単峰特性である。θ方
向では位相変化はないが、中心軸回りの角φ方向で位相
が変化し、φの360°の変化に対して位相もリニアに
360°変化する。
【0008】Δモードの放射パターンは中心軸上にゼロ
点を有する双峰特性である。その位相は、φ方向の36
0°に対してその2倍の720°変化する。
【0009】これら二つのモードを用い、そのモード信
号の振幅比から偏角θを、その位相差から回転角φに関
する情報を得ることができる。
【0010】すなわち、4アームデュアルモードスパイ
ラルアンテナのΔモードとΣモードの振幅比|Δ/Σ|
はアンテナ中心軸からの偏角θの関数であり、両モード
の位相差Ψがアンテナ中心軸まわりの回転角φの1次関
数であることを利用して電波の到来方向を探知すること
ができる。〔特公平3−17311号公報)
【0011】従来、この種の電波到来方向探知装置とし
て、前記両モードの振幅比|Δ/Σ|から直接的に偏角
θを求め、位相差Ψから回転角φを求める方式が開示さ
れている。図2はこの方式の構成ブロック図である。
(例えば、IEEE TRANSACTION ON
AEROSPACE AND ELECTRONICS
YSTEM VOL AES−7 NO1 JAN.1
971 P188〜202の中の、第13図)
【0012】図2において、4アームデュアルモードス
パイラルアンテナ1の出力は、モード形成回路2でΣモ
ード信号とΔモード信号に変換され、位相調整回路3で
位相制御され、両モード信号の振幅比|Δ/Σ|を振幅
比算出回路13で求めることにより偏角θを求め、振幅
制限増幅回路12a,12bでそれぞれΣ出力とΔ出力
を増幅した後、位相差を位相弁別回路14でcosΨと
sinΨを得て、これからφ算出回路15により、Ψに
比例するφを求めている。
【0013】Microwave Journal S
ep.1983 p85〜p102、同Feb.198
4 p91〜p106、同Mar.1984 p105
〜p112には、Σ信号とΔ信号からビーム形成回路に
よりΣ±Δ、Σ±jΔの4つのビーム信号を形成し、さ
らに次式の演算を行って、近似的にアジマス角Azとエ
レベーション角EL から成る直交座標に変換する方式が
開示されている。
【数1】 この明細書ではjは虚数単位を表わす。
【0014】図3はこの方式のブロックダイヤグラムで
ある。
【0015】4アームスパイラルアンテナ1の出力はモ
ード形成回路2でΣモード信号とΔモード信号に変換さ
れ、位相調整回路3で位相制御され、両モードの振幅比
|Δ/Σ|を振幅比算出回路13で決めることにより偏
角θを一義的に求め、位相調整回路3のΣ出力とΔ出力
からビーム形成回路4で、Σ−jΔ、Σ+jΔ、Σ−
Δ、Σ+Δ信号を作り、これらをそれぞれ対数増幅回路
LA1、LA2、LA3、LA4で対数変換し、その出
力を演算回路OP5、OP6に送り、(1)、(2)式
に基いてアジマス角AZ 、エレベーション角EL を求め
ている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】偏角θと位相角Ψを図
2のように直接的に求める方式においては、位相弁別回
路のダイナミックレンジを拡大するためにその前段に必
ず振幅制限増幅器12a,12bを設ける。しかし、広
帯域に周波数の変化する電波源に対応するためには、そ
の受信系の瞬時受信帯域幅を広げる(例えば数100M
Hz)必要があるが、必然的に使用周波数帯はGHz帯
の高い周波数になる。
【0017】所がこの周波数帯での振幅制限増幅器で広
いダイナミックレンジを取ると、一般にAM/PM変換
性能が悪くなり、入力信号レベルによって出力の位相が
変化するという欠点がある。従って、この方式は広帯
域、高ダイナミックレンジの要求を満足させるには適し
ていないという問題がある。
【0018】他方、ビーム形成回路を用いて(1)、
(2)式からアジマス角AZ 、エレベーション角EL
求める図3の方式には、次のような問題がある。
【0019】この方式の原理は次のとおりである。
【数2】
【0020】他方、ΔモードとΣモードの位相差がゼロ
の面を基準とすると、位相差Ψはアンテナ中心軸の回り
の回転角φに比例する。したがって、この位相差Ψから
回転角φを求めることができる。
【0021】なお、位相差がゼロの面は周波数によって
回転するので位相調整回路を用いて周波数毎に位相を調
整してこの面を常に一定に保持する必要がある。
【0022】アジマス角AZ とエレベーション角E
L は、z軸からの偏角θとz軸回りの回転角φと次の関
係がある。
【数3】
【0023】
【数4】
【0024】
【数5】
【0025】
【数6】
【0026】この方式によるときは、ログアンプの利用
によって、広帯域、広ダイナミックレンジを得られると
いう利点を有するものの、その座標変換が大ざっぱな近
似であるため、θが大きくなると誤差が急速に増大する
という欠点があった。
【0027】例えば、図4は、θ=5°、10°、15
°、20°から到来する電波源の方位出力を、φ=0°
〜360°について(1)、(2)式で求めたAZ 、E
L をプロットしたグラフである。φ=45°近傍ではθ
が大きくなると出力が極端に減少することがわかる。す
なわち、φ=0°、90°、180°、270°では誤
差がゼロであるが、φ=±45°方向ではかなりの誤差
が生じるという問題があった。
【0028】本発明はこれらの広帯域、広ダイナミック
レンジでの測角を可能にし、測角の近似による誤差を無
くし、広い測角覆域にわたって精度の良い電波到来方向
探知装置を提供することを課題とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】上記課題は4本のアーム
を有する4アームスパイラルアンテナと、4アームスパ
イラルアンテナの4本のアームの出力信号から4アーム
スパイラルアンテナのΣモードとΔモードの信号を形成
するモード形成回路と、ΣモードとΔモードの信号の位
相基準面を周波数毎に調整する位相調整回路と、Σモー
ドの信号ΣとΔモードの信号ΔからΣ−jΔ、Σ+j
Δ、Σ−Δ、Σ+Δの演算を行うビーム形成回路と、ビ
ーム形成回路の4つの出力とΣ信号を各々増幅する対数
増幅器と、その各々の対数増幅器の出力から方位を計算
する電波到来方向計算手段を備える電波到来方向測定装
置において、上記電波到来方向測定手段が、上記ビーム
形成回路の4つの対数信号からΣの対数信号を各々減算
する4つの減算器と、上記減算器の各々の出力信号を逆
対数変換するアンチログ回路と、アンチログ回路の出力
の内、Σ−jΔとΣ+jΔとに該当する出力を減算する
減算器と、Σ−ΔとΣ+Δとに該当する出力減算する減
算器とを備え、上記減算器の出力を各々アジマスとエレ
ベーション方位角として出力することを特徴とする電波
到来方向探知装置によって解決された。
【0030】
【作 用】(8)、(9)式の演算をそのまま行わず、
ビーム形成回路の各出力Σ−jΔ、Σ+jΔ、Σ−Δ、
Σ+Δ信号を各々対数増幅後、Σ信号の対数出力10l
og|Σ|2 との差を演算増幅器で求めると、
【数7】 となる。
【0031】これらの各々の出力をアンチログ回路に入
力して、逆対数変換して対数を取り去り、そのΣ−Δ側
の出力とΣ+Δ側の出力の差、及びΣ−jΔ側の出力
と、Σ+jΔ側の出力との差を演算すると、
【数8】
【0032】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。図1は本発明に係る電波到
来方向探知装置の実施例を示す構成ブロック図で、図2
と同一のものには同一符号を付して説明を省略する。
【0033】4アームスパイラルアンテナの出力はモー
ド形成回路でΣモード信号とΔモード信号に変換され、
位相調整回路で位相制御される。位相調整回路のΣとΔ
信号はビーム形成回路でΣ−jΔ、Σ+jΔ、Σ−Δ、
Σ+Δ信号に変換され、これらはそれぞれ対数増幅回路
LA1、LA2、LA3、LA4、LA5で対数変換さ
れ、Σ信号の対数出力との差をそれぞれ第1,第2,第
3,第4の減算回路である演算増幅器OP1、OP2、
OP3、OP4で求め、これら演算増幅器OP1、OP
2、OP3、OP4の出力を第1,第2,第3,第4の
回路AL1、AL2、AL3、AL4、で逆対数変換
し、第1のアンチログ回路AL1の出力と第2のアンチ
ログ回路AL2の出力の差を第5の減算回路8aである
演算増幅器OP5で求め、第2のアンチログ回路AL3
の出力と第4のアンチログ回路AL4の出力の差を第6
の減算回路8bである演算増幅器OP6で求め、第5の
演算増幅器OP5の出力をエレベーション方位角EL
号とし、第6の演算増幅器OP6の出力をアジマス方位
角信号として出力する。
【0034】対数増幅回路の検波出力をA/D変換し
て、ディジタル信号に変換し、これ以降の演算をディジ
タル回路を用いて構成することも可能である。
【0035】
【発明の効果】マイクロ波帯で位相特性の悪い制限増幅
器を使う必要がなく、マイクロ波帯で比較的精度の良い
広帯域で広ダイナミックレンジのログアンプを使える。
これにより受信する電波の瞬時受信帯域幅を広げ、更
に、広いダイナミックレンジを確保することができる。
【0036】更に、ビーム形成回路の対数出力をΣ信号
で正規化し、アンチログ回路と減算器を付加することに
よりビーム形成回路出力の対数演算で生じる近似計算歪
を大幅に低減でき、測角精度の著しい向上を達成でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電波到来方向探知装置の第1実施例を
示すブロック図である。
【図2】従来の電波到来方向探知装置の構成ブロック図
である。
【図3】従来の電波到来方向探知装置の第2の構成ブロ
ック図である。
【図4】図2の電波到来方向探知装置において、θをパ
ラメータとしてφを0〜360°変化させた時に得られ
たAZ 信号とEL 信号をプロットしたグラフである。
【図5】z軸からの偏角θと|Δ/Σ|の関係を示すグ
ラフ。Vは垂直偏波、Hは水平偏波を表す。
【図6】本発明に係る電波到来方向探知装置において、
θをパラメータとしてφを0〜360°変化させた時に
得られたAZ 信号とEL 信号をプロットしたグラフであ
る。
【符号の説明】
1 4アームスパイラルアンテナ 2 モード形成回路 3 位相調整回路 4 ビーム形成回路 5 対数増幅回路 6 減算を行う演算増幅器 7 アンチログ回路 8a,8b 減算を行う演算増幅回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 3/00 - 3/74 H01Q 11/00 - 11/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4本のアームを有する4アームスパイラ
    ルアンテナと、該スパイラルアンテナの4本のアームの
    出力信号から4アームスパイラルアンテナのΣモードと
    Δモードの信号を形成するモード形成回路と、モード形
    成回路の出力間の位相基準面を受信周波数毎に調整する
    位相調整回路と、Σモードの信号ΣとΔモードの信号Δ
    からΣ−jΔ、Σ+jΔ、Σ−Δ、Σ+Δの演算を行う
    ビーム形成回路と、該ビーム形成回路の4つの出力信号
    Σ−jΔ、Σ+jΔ、Σ−Δ、Σ+Δを対数増幅する第
    1,第2,第3,第4の対数増幅器と、Σ信号を対数増
    幅する第5の対数増幅器と、その各々の対数増幅器の出
    力から方位を計算する電波到来方向計算手段を備えた電
    波到来方向測定装置において、上記電波到来方向計算手
    段が、上記第1,第2,第3,第4の対数増幅器の出力
    から上記第5の対数増幅器の出力をそれぞれ減算する第
    1,第2,第3,第4の減算回路と、上記第1,第2,
    第3,第4の減算回路の出力をそれぞれ逆対数変換する
    第1,第2,第3,第4のアンチログ回路と、上記第1
    と第2のアンチログ回路の出力の差を計算する第5の減
    算回路と、上記第3と第4のアンチログ回路の出力の差
    を計算する第6の減算回路を備え、上記第5と第6の減
    算回路の出力をそれぞれアジマス、エレベーション方位
    角として出力することを特徴とする電波到来方向探知装
    置。
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US8633850B2 (en) * 2011-10-26 2014-01-21 The Boeing Company Identifying a location of a target object using a monopulse radar system and space-time adaptive processing (STAP)

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