無線送受信装置および方法
【課題】フェーズドアレイアンテナの量子化ローブのエネルギ平均値を低減することができる無線送受信装置および方法を提供する。
【解決手段】送信機が、複数回電波を放射する送信信号発生器を含み、受信機が、アンテナ素子とアンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器とを含むフェーズドアレイアンテナと、指向方向に応じてアンテナ素子ごとに算出されアンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいてデジタル移相器を制御するデジタル移相器と、受信信号の位相をオフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む。
【解決手段】送信機が、複数回電波を放射する送信信号発生器を含み、受信機が、アンテナ素子とアンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器とを含むフェーズドアレイアンテナと、指向方向に応じてアンテナ素子ごとに算出されアンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいてデジタル移相器を制御するデジタル移相器と、受信信号の位相をオフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線送受信装置および方法に係り、特に、送信アンテナおよび受信アンテナの少なくとも一方にフェーズドアレイアンテナを使用する無線送受信装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ等の無線送受信装置にあっては、アンテナの指向性を電気的に制御可能なフェーズドアレイアンテナが使用されるようになってきている。
フェーズドアレイアンテナは、１次元あるいは２次元的に配列されたアンテナ素子ごとに所定の位相差で給電することにより、全体として所定の指向性を有することとなる。
【０００３】
このため、フェーズドアレイアンテナでは、位相を調整するための移相器をアンテナ素子ごとに設置する必要があるが、移相器としていわゆるデジタル移相器を適用した場合には、指向特性に量子化ローブが生じることが知られている。
【０００４】
量子化ローブを含むサイドローブは、所望の方向（メインローブの方向）以外の方向にも感度を有することとなり、無線送受信装置をレーダとして使用した場合には誤探知の原因となるので、フェーズドアレイアンテナにおいては量子化ローブを低減することが重要となる。
【０００５】
量子化ローブを低減するためには、移相器の量子化ビット数を増加することが有効であるが、多段階に移相を制御することのできる移相器は構成が複雑となるだけでなく、経済性も悪化してしまう。
このため、できる限り少ない量子化ビットの移相器を使用して量子化ローブを低減することが望ましく、従来から種々の提案がなされている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
すなわち、特許文献１に開示された発明では、各アンテナ素子の移相器で理想位相値にランダムな位相値を加算した移相を付与し、量子化ローブの周期的な規則性を乱すことにより量子化ローブを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２３６７４０号公報（［０００８］〜［０００９］、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された発明は、量子化ローブのエネルギを分散させているに過ぎず、量子化ローブのエネルギの平均値は変化しない。
このため、新たな方向に感度が発生するおそれがあり、レーダにあっては、特に多数のターゲットが存在する場合は、新たな誤探知の原因となるおそれもある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、フェーズドアレイアンテナの量子化ローブのエネルギ平均値を低減することができる無線送受信装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る無線送受信装置は、電波を放射する送信機と、送信機から放射された電波を受信する受信機と、から成る無線送受信装置であって、
前記送信機および前記受信機の少なくとも一方の機器が、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナを備え、
前記フェーズドアレイアンテナを備えた前記一方の機器が、前記フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部を含み、
前記送信機が、前記複数回数電波を放射する送信信号発生器を含み、
前記受信機が、受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む構成を有している。
本発明に係る無線送受信装置によれば、フェーズドアレイアンテナの量子化ローブのエネルギ平均値を低減することができることとなる。
【００１１】
本発明に係る無線送受信装置は、前記受信機が前記フェーズドアレイアンテナを備える機器である構成を有している。
【００１２】
本発明に係る無線送受信装置は、前記送信機が前記フェーズドアレイアンテナを備える機器である構成を有している。
【００１３】
本発明に係る無線送受信装置は、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含む送受信用フェーズドアレイアンテナと、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部と、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナから前記複数回数電波を放射する送信信号発生器と、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナで受信された受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、
オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む構成を有している。
【００１４】
本発明に係る無線送受信方法は、送信アンテナおよび受信アンテナの少なくとも一方に、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナを使用する送受信方法であって、
前記フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御段階と、
前記複数回数電波を放射する送信信号発生段階と、
受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正段階と、
オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成段階と、から成る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る無線送受信装置および方法によれば、フェーズドアレイアンテナに量子化ビット数の小さいデジタル移相器を適用した場合であっても、量子化ローブのエネルギ平均値を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】１次元フェーズドアレイアンテナの模式図である。
【図２】シミュレーション実験に使用したフェーズドアレイアンテナであるリフレクトアレイアンテナの概略図および緒元である。
【図３】フェーズドアレイアンテナのビーム指向方向をブロードサイド方向、オフセット位相値を零とした場合のビームパターンである。
【図４】メインビームの方向をブロードサイド方向、オフセット位相値をπ／２とした場合のビームパターンである。
【図５】オフセット位相値が零のときのビームパターンとオフセット位相値をπ／２としたときのビームパターンとをオフセット位相値を補正した後にコヒーレント合成したビームパターンである。
【図６】オフセット位相値をΔＰ＝π／２０ごとに零からπ／２まで１１段階に変更して得られたビームパターンをオフセット補正した後コヒーレント合成したビームパターンである。
【図７】量子化ビットｍを"１"とした場合の繰り返し処理回数と平均サイドローブレベルの関係を示すグラフである。
【図８】本発明に係る無線送受信装置の第１の実施例である第１のレーダ装置のハードウエア構成を示すブロック線図である。
【図９】レーダ制御プログラムのフローチャートである。
【図１０】移相器制御処理のフローチャートである。
【図１１】１つのデジタル移相器の一例を示すブロック図である。
【図１２】受信処理のフローチャートである。
【図１３】本発明に係る無線送受信装置の第２の実施例である第２のレーダ装置のハードウエア構成を示すブロック線図である。
【図１４】本発明に係る無線送受信装置の第３の実施例である第３のレーダ装置のハードウエア構成を示すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず本発明に係る無線送受信装置および方法の基本的な考え方を説明する。
図１は、１次元フェーズドアレイアンテナの模式図であって、アンテナ素子１ｎ（ｎ＝１、２・・・Ｎ）をＸ軸方向に間隔ｄごとにＮ個配置した構成を有する。
なお、フェーズドアレイアンテナは送信アンテナとして使用されるものとして説明するが、受信アンテナとして使用される場合であっても考え方は同じである。
Ｎ個のアンテナ素子に同位相で給電すれば、フェーズドアレイアンテナはＹ軸方向の指向性を有する。
【００１８】
フェーズドアレイアンテナのビーム指向方向をＹ軸に対してθ傾けるためには、アンテナ素子１ｎを伝播する信号に対して、［数１］で算出される位相φｎ（以下「理想位相値」と呼ぶ）を付与することが必要となる。
【００１９】
【数１】
【００２０】
しかし、デジタル移相器では位相を連続的に変更することはできず、量子化ビットがｍである場合には、付与できる位相は（２π／２ｍ）刻みでしか制御できない。
前述したように、量子化ローブを低減するには、量子化ビットｍを大きくすることが本来的な解決方法であるが、多段階に位相を制御可能なデジタル移相器は構成が複雑となり、経済性も悪化する。
【００２１】
本発明にあっては、量子化ビットｍが少ない（例えば"１"）場合であっても量子化ローブの平均エネルギを低減できるように、理想位相値φｎとオフセット位相値Ｐｏの和であるオフセット理想位相値ψｎ（＝φｎ＋Ｐｏ）に基づいてデジタル移相器の制御信号を生成することにより、量子化ローブの平均エネルギを低減するようにしている。
【００２２】
なお、量子化ビットは"１"とし、オフセット理想位相値ψｎが０≦ψｎ＜πである場合は移相器でπ／２の位相を付与し、オフセット理想位相値ψｎがπ≦ψｎ＜２πである場合は３π／２の位相を付与するものとする。
たとえば、理想位相値φｎがπ／４、オフセット位相値Ｐｏがπ／６である場合は、オフセット理想位相値ψｎは５π／１２（＜π）となり、オフセット位相値Ｐｏが零の場合と同じく受信信号にπ／２の位相が付与されるので、量子化誤差ＱＥ（φｎ，Ｐｏ）は［数２］で算出されるようにπ／１２となる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
なお、オフセット位相値Ｐｏが零の場合の量子化誤差は、π／４である。
理想位相値φｎがπ／４であっても、オフセット位相値Ｐｏが５π／６である場合は、オフセット理想位相値ψｎは１３π／１２（＞π）となり、受信信号に３π／２の位相が付与されるので、量子化誤差ＱＥ（φｎ，Ｐｏ）は［数３］で算出されるように５π／１２となる。
【００２５】
【数３】
【００２６】
このことは、デジタル移相器を適用した場合には、理想位相値φｎが一定であってもオフセット位相値Ｐｏを変更すると、量子化誤差が変化するため、量子化ローブのパターンも変動することを示している。
【００２７】
したがって、送信機でオフセット位相値Ｐｏの送信信号を送信し、受信機でオフセット位相値を補正した後の受信信号を記憶する送受信操作を複数のオフセット位相値Ｐｏについて実行し、複数のオフセット位相値Ｐｏに対応する複数の受信信号をコヒーレント合成することにより、量子化ローブレベルの平均値を低減できるものと予測できる。
【００２８】
ここで、受信後にオフセット位相値Ｐｏの補正を行う理由は、コヒーレント合成するときに、メインローブで受信した信号が同相で合成されるように、送信時に加算したオフセット位相値Ｐｏを受信信号の位相から減算する必要があるからである。
【００２９】
上記のことを確認するために以下のシミュレーション実験を行った。
図２はシミュレーション実験に使用したフェーズドアレイアンテナであるリフレクトアレイアンテナの概略図および緒元である。
リフレクトアレイアンテナは、１次放射器から放射された電波を各アンテナ素子が反射するが、アンテナ素子ごとに設置される移相器によりアンテナ素子から放射される反射波の位相を変更できる構成となっている。
【００３０】
図３はフェーズドアレイアンテナのビーム指向方向をブロードサイド方向（アジマス（Ａｚ）＝０度、エレベーション（Ｅｌ）＝０度）、オフセット位相値Ｐｏを零とした場合のビームパターンであって、（イ）は２次元表示されたビームパターンを、(ロ)はＡｚ＝０度の切断面のビームパターンを示す。
【００３１】
図４はメインビームの方向をブロードサイド方向（アジマス（Ａｚ）＝０度、エレベーション（Ｅｌ）＝０度）、オフセット位相値Ｐｏをπ／２とした場合のビームパターンであって、（ハ）は２次元表示されたビームパターンを、（ニ）はＡｚ＝０度の切断面のビームパターンを示す。
【００３２】
図３と図４とを比較すると、メインローブ以外の量子化ローブを含むサイドローブのパターンは相違している。すなわち、理想位相値φｎが同じであっても、オフセット位相値Ｐｏを変更すれば、サイドローブパターンを変更できることがシミュレーション実験により確認されたこととなる。
なお、オフセット位相値Ｐｏが零およびπ／２のときの平均サイドローブレベル（量子化ローブを含む）は、それぞれ−２８．８ｄＢ、−２８．７ｄＢである。
【００３３】
図５は、オフセット位相値Ｐｏが零のときのビームパターンとオフセット位相値Ｐｏをπ／２としたときのビームパターンとをオフセット位相値Ｐｏを補正した後にコヒーレント合成したビームパターンであり、（ホ）は２次元表示されたビームパターンを、（ヘ）はＡｚ＝０度の切断面のビームパターンを示す。
【００３４】
この場合の平均サイドローブレベルは−３７．０ｄＢであり、図３および図４に比べ約８ｄＢ低減している。すなわち、オフセット位相値Ｐｏの相違する受信信号をオフセット位相値の補正後にコヒーレント合成することによって、平均サイドローブレベルを低減できることがシミュレーション実験により確認されたこととなる。
【００３５】
図６は、オフセット位相値ＰｏをΔＰ＝π／２０ごとに零からπ／２まで１１段階に変更して得られたビームパターンをオフセット補正した後コヒーレント合成したビームパターンであって、（ト）は２次元表示されたビームパターンを、（チ）はＡｚ＝０度の切断面のビームパターンを示す。
この場合の平均サイドローブレベルは−４４．７ｄＢであり、図３および図４に比べ約１６ｄＢ、図５に比べて約８ｄＢ低減している。
【００３６】
そして、図７は量子化ビットｍを"１"とした場合の繰り返し処理回数と平均サイドローブレベルの関係を示すグラフであって、繰り返し回数を増加するに従って、アナログ移相器を用いて理想位相値を付与して指向性を形成したときの平均サイドローブレベル−４５．７ｄＢに漸近していることが判る。
【００３７】
以上から、送信機でオフセット位相値Ｐｏの送信信号を送信し、受信機でオフセット位相値を補正した後の受信信号を記憶する送受信操作を複数のオフセット位相値Ｐｏについて実行し、複数のオフセット位相値Ｐｏに対応する複数の受信信号をコヒーレント合成することにより、量子化ローブレベルの平均値を低減できることがシミュレーション実験により確認された。
【実施例１】
【００３８】
本発明に係る無線送受信装置の第１の実施例である第１のレーダ装置３は、受信機が、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、アンテナ素子ごとに設けられ、アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナと、フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じてアンテナ素子ごとに算出されアンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えたオフセット理想位相値に基づいてデジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部と、受信信号の位相をオフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含み、送信機が、複数回電波を放射する送信信号発生器を含む構成を有している。
【００３９】
図８は、本発明の第１の実施例である第１のレーダ装置３のハードウエア構成を示すブロック線図である。
フェーズドアレイアンテナ４は、ターゲットで反射された電波を受信信号として受信する受信アンテナとして使用され、受信電波を受信する１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子４１、アンテナ素子４１ごとに配置され、受信信号の位相を所定量変更する複数のデジタル移相器４２、およびデジタル移相器４２で位相が変更された受信信号を合成して出力する合成器４３から構成されている。
【００４０】
フェーズドアレイアンテナ４から出力される受信信号は、受信信号増幅回路３１で増幅されたのち、局部発信信号発生回路３２で発生された局部発信信号と混合回路３３で混合されて中間周波信号に変換され、デジタル処理部５に出力される。
なお、送信信号発生器３４が発生した送信信号は、送信信号増幅回路３５で増幅され、送信アンテナ３６から空中に放射される。
【００４１】
デジタル処理部５は、マイクロプロセッサシステムであり、バス５１に、レーダ制御プログラムを実行するＣＰＵ５２、レーダ制御プログラムおよびＣＰＵ５２の演算結果を記憶するメモリ５３、デジタル移相器４２および送信信号発生器３４に対する制御信号を出力する制御信号インターフェイス（以下「Ｉ／Ｆ」と記す）５４、混合回路３３から出力される中間周波信号に変換された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５５、およびデジタル処理部５での処理結果をたとえば影像信号として出力する出力Ｉ／Ｆ５６が結合された構成を有する。
そして、デジタル移相器制御部、オフセット補正部およびコヒーレント合成部はデジタル処理部５の中にソフトウエア的に構成される。
【００４２】
なお、出力Ｉ／Ｆ５６には、たとえば液晶パネルである表示器３７が接続されており、第１のレーダ装置３の補足したターゲットの画像を表示するために使用される。
【００４３】
図９は、デジタル処理部５で実行されるレーダ制御プログラムのフローチャートである。
ＣＰＵ５２は、まず、初期化処理を実行（ステップＳ９１）する。
初期化処理では、オフセット位相値Ｐｏを初期値の零とするほか、メモリ５３の一部に構成される受信信号メモリをリセットする。
ＣＰＵ５２は、次に、［数１］を用いて理想位相値φｎを算出（ステップＳ９２）する。
そして、ＣＰＵ５２は、移相器制御処理を実行（ステップＳ９３）する。
【００４４】
図１０は、移相器制御処理のフローチャートであって、ＣＰＵ５２は理想位相値φｎにオフセット位相値Ｐｏを加算して、オフセット理想位相値ψｎを算出（ステップＳ９３１）する。
さらに、ＣＰＵ５２はオフセット理想位相値ψｎに基づいて移相器制御信号を生成（ステップＳ９３２）する。
【００４５】
前述した量子化ビットが"１"の移相器を使用する場合には、移相器制御信号Ｃｐは、０≦ψｎ＜πの場合には"０"と、π≦ψｎ＜２πの場合には"１"となるものとする。
最後に移相器制御信号Ｃｎを制御信号Ｉ／Ｆ５４を介して、デジタル移相器４２に出力（ステップＳ９３３）する。
【００４６】
図１１は、１つのデジタル移相器４２ｎ（ｎ＝１，２・・・Ｎ）の一例を示すブロック図であって、アンテナ素子４１ｎは第１の切換え器４２１のｃ端子４２１ｃに接続されている。
また、第２の切換え器４２２のｃ端子４２２ｃは、合成器４３に接続されている。
【００４７】
第１の切換え器４２１のａ端子４２１ａと第２の切換え器４２２のａ端子４２２ａの間は、伝搬する信号の位相をπ／２遅らすことのできる遅延線４２３で接続されている。
第１の切換え器４２１のｂ端子４２１ｂと第２の切換え器４２２のｂ端子４２２ｂの間は、伝搬する信号の位相を３π／２遅らすことのできる遅延線４２４で接続されている。
【００４８】
第１の切換え器４２１および第２の切換え器４２２は、切換え制御回路４２５から送られる切換え信号によって制御され、切換え信号が"０"の場合は第１の切換え器４２１および第２の切換え器４２２のａ端子とｃ端子とが導通する状態となり、切換え信号が"１"の場合は第１の切換え器４２１および第２の切換え器４２２のｂ端子とｃ端子とが導通する状態となるように構成されている。
【００４９】
そして、制御信号Ｉ／Ｆ５４を介して出力される移相器制御信号Ｃｎは、切換え制御回路４２５に供給される。
したがって、移相器制御信号Ｃｎが"０"の場合はアンテナ素子４１ｎで受信された受信信号の位相はπ／２遅延され、移相器制御信号Ｃｎが"１"の場合はアンテナ素子４１ｎで受信された受信信号の位相は３π／２遅延されることとなる。
【００５０】
図９のレーダ制御プログラムにもどって、ＣＰＵ５２は、制御信号Ｉ／Ｆ５４を介して送信信号発生器３４に送信開始信号を出力する送信処理を実行（ステップＳ９４）する。
すると、送信信号発生器３４で生成された送信信号は、送信信号増幅回路３５で増幅されたのち、送信アンテナ３６から電波として放射される。
次に、ＣＰＵ５２は、受信処理を実行（ステップＳ９５）する。
【００５１】
図１２は、受信処理のフローチャートであって、ＣＰＵ５２は、中間周波信号に変換された入力信号を順次読み込む（ステップＳ９５１）。
次に、ＣＰＵ５２は、入力信号の位相からオフセット位相値Ｐｏを減算して、オフセット補正（ステップＳ９５２）を行う。
【００５２】
そして、ＣＰＵ５２は、オフセット補正後の入力信号を受信信号メモリにすでに記憶されている入力信号とコヒーレント的に合成して受信信号メモリに記憶（ステップＳ９５３）してこの処理を終了する。
図９のレーダ制御プログラムに戻って、ＣＰＵ５２は、オフセット位相値Ｐ０に予め定めた増量ΔＰを加算（ステップＳ９６）し、オフセット位相値Ｐ０が２π／２ｍ以上となったか否かを判定（ステップＳ９７）する。
量子化ビットｍが"１"である場合には、オフセット位相値Ｐ０がπに到達するまでステップＳ９３からＳ９５までの処理を繰り返す。
【００５３】
ＣＰＵ５２は、オフセット位相値Ｐ０が２π／２ｍ未満であると判断したときは、ステップＳ９３の処理に戻る。
ＣＰＵ５２は、オフセット位相値Ｐ０が２π／２ｍ以上となったと判断したときは、受信信号メモリに記憶されている情報を出力Ｉ／Ｆ５６を介して表示器３７に出力（ステップＳ９８）して、レーダ制御プログラムを終了する。
【実施例２】
【００５４】
本発明に係る無線送受信装置の第２の実施例である第２のレーダ装置６は、送信機が、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、アンテナ素子ごとに設けられ、アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナと、フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じてアンテナ素子ごとに算出されアンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えたオフセット理想位相値に基づいてデジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部と、複数回電波を放射する送信信号発生器と、を含み、受信機が、受信信号の位相をオフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む構成を有している。
【００５５】
図１３は、本発明の第２の実施例である第２のレーダ装置６のハードウエア構成を示すブロック線図であって、第１のレーダ装置３とは、フェーズドアレイアンテナ４が送信アンテナとして使用され、ターゲットで反射された電波は受信アンテナ３８により受信される点が相違する。
よって、第１のレーダ装置３と同一の要素は同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。
【００５６】
ハードウエア構成における第１のレーダ装置３との相違点は、フェーズドアレイアンテナ４が送信信号増幅回路３５に接続されており、受信信号増幅器３１には受信アンテナ３８が接続されていることである。
なお、デジタル処理部５で実行されるレーダ制御プログラムには変更はなく、動作も同じであるので説明を省略する。
【実施例３】
【００５７】
本発明に係る無線送受信装置の第３の実施例である第３のレーダ装置７は、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、アンテナ素子ごとに設けられ、アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナと、フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じてアンテナ素子ごとに算出されアンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えたオフセット理想位相値に基づいてデジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部と、複数回電波を放射する送信信号発生器と、受信信号の位相をオフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む構成を有している。
【００５８】
図１４は、本発明の第３の実施例である第３のレーダ装置７のハードウエア構成を示すブロック線図であって、第１のレーダ装置３とは、フェーズドアレイアンテナ４が送受信共用である点が相違する。
よって、第１のレーダ装置３と同一の要素は同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。
【００５９】
ハードウエア構成における第１のレーダ装置３との相違点は、フェーズドアレイアンテナ４の合成器４３の後段にアンテナ共用器６１が設けられており、受信信号増幅器３１および送信信号増幅器３５がアンテナ共用器６１に接続されていることである。
デジタル処理部５で実行されるレーダ制御プログラムも第１のレーダ装置３用とほとんど同じであるが、フェーズドアレイアンテナ４を送受信に使用しているために、図１２の受信処理のステップＳ９５２のオフセット補正で、受信信号の位相から"２Ｐ０"を減算する点のみが相違する。
【００６０】
以上、本発明に係る無線送受信装置をレーダ装置に適用した実施例について説明したが、本発明に係る無線送受信装置を通信装置として適用できることは当業者にとって明らかである。ただし、オフセット位相値Ｐｏの増量および増量の回数をプロトコルとして取り決めておくことが必要とある。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、フェーズドアレイアンテナを使用した無線送受信装置および方法において、デジタル移相器を使用したときに不可避的に発生する量子化ローブの平均レベルを低減する上で極めて有用であり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００６２】
３：第１のレーダ装置
５：デジタル処理部
６：第２のレーダ装置
７：第３のレーダ装置
３１：受信信号増幅器
３２：局部発信信号発生回路
３３：混合回路
３４：送信信号発生器
３５：送信信号増幅器
３６：送信アンテナ
３７：表示器
３８：受信アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線送受信装置および方法に係り、特に、送信アンテナおよび受信アンテナの少なくとも一方にフェーズドアレイアンテナを使用する無線送受信装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ等の無線送受信装置にあっては、アンテナの指向性を電気的に制御可能なフェーズドアレイアンテナが使用されるようになってきている。
フェーズドアレイアンテナは、１次元あるいは２次元的に配列されたアンテナ素子ごとに所定の位相差で給電することにより、全体として所定の指向性を有することとなる。
【０００３】
このため、フェーズドアレイアンテナでは、位相を調整するための移相器をアンテナ素子ごとに設置する必要があるが、移相器としていわゆるデジタル移相器を適用した場合には、指向特性に量子化ローブが生じることが知られている。
【０００４】
量子化ローブを含むサイドローブは、所望の方向（メインローブの方向）以外の方向にも感度を有することとなり、無線送受信装置をレーダとして使用した場合には誤探知の原因となるので、フェーズドアレイアンテナにおいては量子化ローブを低減することが重要となる。
【０００５】
量子化ローブを低減するためには、移相器の量子化ビット数を増加することが有効であるが、多段階に移相を制御することのできる移相器は構成が複雑となるだけでなく、経済性も悪化してしまう。
このため、できる限り少ない量子化ビットの移相器を使用して量子化ローブを低減することが望ましく、従来から種々の提案がなされている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
すなわち、特許文献１に開示された発明では、各アンテナ素子の移相器で理想位相値にランダムな位相値を加算した移相を付与し、量子化ローブの周期的な規則性を乱すことにより量子化ローブを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２３６７４０号公報（［０００８］〜［０００９］、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された発明は、量子化ローブのエネルギを分散させているに過ぎず、量子化ローブのエネルギの平均値は変化しない。
このため、新たな方向に感度が発生するおそれがあり、レーダにあっては、特に多数のターゲットが存在する場合は、新たな誤探知の原因となるおそれもある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、フェーズドアレイアンテナの量子化ローブのエネルギ平均値を低減することができる無線送受信装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る無線送受信装置は、電波を放射する送信機と、送信機から放射された電波を受信する受信機と、から成る無線送受信装置であって、
前記送信機および前記受信機の少なくとも一方の機器が、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナを備え、
前記フェーズドアレイアンテナを備えた前記一方の機器が、前記フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部を含み、
前記送信機が、前記複数回数電波を放射する送信信号発生器を含み、
前記受信機が、受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む構成を有している。
本発明に係る無線送受信装置によれば、フェーズドアレイアンテナの量子化ローブのエネルギ平均値を低減することができることとなる。
【００１１】
本発明に係る無線送受信装置は、前記受信機が前記フェーズドアレイアンテナを備える機器である構成を有している。
【００１２】
本発明に係る無線送受信装置は、前記送信機が前記フェーズドアレイアンテナを備える機器である構成を有している。
【００１３】
本発明に係る無線送受信装置は、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含む送受信用フェーズドアレイアンテナと、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部と、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナから前記複数回数電波を放射する送信信号発生器と、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナで受信された受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、
オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む構成を有している。
【００１４】
本発明に係る無線送受信方法は、送信アンテナおよび受信アンテナの少なくとも一方に、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナを使用する送受信方法であって、
前記フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御段階と、
前記複数回数電波を放射する送信信号発生段階と、
受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正段階と、
オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成段階と、から成る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る無線送受信装置および方法によれば、フェーズドアレイアンテナに量子化ビット数の小さいデジタル移相器を適用した場合であっても、量子化ローブのエネルギ平均値を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】１次元フェーズドアレイアンテナの模式図である。
【図２】シミュレーション実験に使用したフェーズドアレイアンテナであるリフレクトアレイアンテナの概略図および緒元である。
【図３】フェーズドアレイアンテナのビーム指向方向をブロードサイド方向、オフセット位相値を零とした場合のビームパターンである。
【図４】メインビームの方向をブロードサイド方向、オフセット位相値をπ／２とした場合のビームパターンである。
【図５】オフセット位相値が零のときのビームパターンとオフセット位相値をπ／２としたときのビームパターンとをオフセット位相値を補正した後にコヒーレント合成したビームパターンである。
【図６】オフセット位相値をΔＰ＝π／２０ごとに零からπ／２まで１１段階に変更して得られたビームパターンをオフセット補正した後コヒーレント合成したビームパターンである。
【図７】量子化ビットｍを"１"とした場合の繰り返し処理回数と平均サイドローブレベルの関係を示すグラフである。
【図８】本発明に係る無線送受信装置の第１の実施例である第１のレーダ装置のハードウエア構成を示すブロック線図である。
【図９】レーダ制御プログラムのフローチャートである。
【図１０】移相器制御処理のフローチャートである。
【図１１】１つのデジタル移相器の一例を示すブロック図である。
【図１２】受信処理のフローチャートである。
【図１３】本発明に係る無線送受信装置の第２の実施例である第２のレーダ装置のハードウエア構成を示すブロック線図である。
【図１４】本発明に係る無線送受信装置の第３の実施例である第３のレーダ装置のハードウエア構成を示すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず本発明に係る無線送受信装置および方法の基本的な考え方を説明する。
図１は、１次元フェーズドアレイアンテナの模式図であって、アンテナ素子１ｎ（ｎ＝１、２・・・Ｎ）をＸ軸方向に間隔ｄごとにＮ個配置した構成を有する。
なお、フェーズドアレイアンテナは送信アンテナとして使用されるものとして説明するが、受信アンテナとして使用される場合であっても考え方は同じである。
Ｎ個のアンテナ素子に同位相で給電すれば、フェーズドアレイアンテナはＹ軸方向の指向性を有する。
【００１８】
フェーズドアレイアンテナのビーム指向方向をＹ軸に対してθ傾けるためには、アンテナ素子１ｎを伝播する信号に対して、［数１］で算出される位相φｎ（以下「理想位相値」と呼ぶ）を付与することが必要となる。
【００１９】
【数１】
【００２０】
しかし、デジタル移相器では位相を連続的に変更することはできず、量子化ビットがｍである場合には、付与できる位相は（２π／２ｍ）刻みでしか制御できない。
前述したように、量子化ローブを低減するには、量子化ビットｍを大きくすることが本来的な解決方法であるが、多段階に位相を制御可能なデジタル移相器は構成が複雑となり、経済性も悪化する。
【００２１】
本発明にあっては、量子化ビットｍが少ない（例えば"１"）場合であっても量子化ローブの平均エネルギを低減できるように、理想位相値φｎとオフセット位相値Ｐｏの和であるオフセット理想位相値ψｎ（＝φｎ＋Ｐｏ）に基づいてデジタル移相器の制御信号を生成することにより、量子化ローブの平均エネルギを低減するようにしている。
【００２２】
なお、量子化ビットは"１"とし、オフセット理想位相値ψｎが０≦ψｎ＜πである場合は移相器でπ／２の位相を付与し、オフセット理想位相値ψｎがπ≦ψｎ＜２πである場合は３π／２の位相を付与するものとする。
たとえば、理想位相値φｎがπ／４、オフセット位相値Ｐｏがπ／６である場合は、オフセット理想位相値ψｎは５π／１２（＜π）となり、オフセット位相値Ｐｏが零の場合と同じく受信信号にπ／２の位相が付与されるので、量子化誤差ＱＥ（φｎ，Ｐｏ）は［数２］で算出されるようにπ／１２となる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
なお、オフセット位相値Ｐｏが零の場合の量子化誤差は、π／４である。
理想位相値φｎがπ／４であっても、オフセット位相値Ｐｏが５π／６である場合は、オフセット理想位相値ψｎは１３π／１２（＞π）となり、受信信号に３π／２の位相が付与されるので、量子化誤差ＱＥ（φｎ，Ｐｏ）は［数３］で算出されるように５π／１２となる。
【００２５】
【数３】
【００２６】
このことは、デジタル移相器を適用した場合には、理想位相値φｎが一定であってもオフセット位相値Ｐｏを変更すると、量子化誤差が変化するため、量子化ローブのパターンも変動することを示している。
【００２７】
したがって、送信機でオフセット位相値Ｐｏの送信信号を送信し、受信機でオフセット位相値を補正した後の受信信号を記憶する送受信操作を複数のオフセット位相値Ｐｏについて実行し、複数のオフセット位相値Ｐｏに対応する複数の受信信号をコヒーレント合成することにより、量子化ローブレベルの平均値を低減できるものと予測できる。
【００２８】
ここで、受信後にオフセット位相値Ｐｏの補正を行う理由は、コヒーレント合成するときに、メインローブで受信した信号が同相で合成されるように、送信時に加算したオフセット位相値Ｐｏを受信信号の位相から減算する必要があるからである。
【００２９】
上記のことを確認するために以下のシミュレーション実験を行った。
図２はシミュレーション実験に使用したフェーズドアレイアンテナであるリフレクトアレイアンテナの概略図および緒元である。
リフレクトアレイアンテナは、１次放射器から放射された電波を各アンテナ素子が反射するが、アンテナ素子ごとに設置される移相器によりアンテナ素子から放射される反射波の位相を変更できる構成となっている。
【００３０】
図３はフェーズドアレイアンテナのビーム指向方向をブロードサイド方向（アジマス（Ａｚ）＝０度、エレベーション（Ｅｌ）＝０度）、オフセット位相値Ｐｏを零とした場合のビームパターンであって、（イ）は２次元表示されたビームパターンを、(ロ)はＡｚ＝０度の切断面のビームパターンを示す。
【００３１】
図４はメインビームの方向をブロードサイド方向（アジマス（Ａｚ）＝０度、エレベーション（Ｅｌ）＝０度）、オフセット位相値Ｐｏをπ／２とした場合のビームパターンであって、（ハ）は２次元表示されたビームパターンを、（ニ）はＡｚ＝０度の切断面のビームパターンを示す。
【００３２】
図３と図４とを比較すると、メインローブ以外の量子化ローブを含むサイドローブのパターンは相違している。すなわち、理想位相値φｎが同じであっても、オフセット位相値Ｐｏを変更すれば、サイドローブパターンを変更できることがシミュレーション実験により確認されたこととなる。
なお、オフセット位相値Ｐｏが零およびπ／２のときの平均サイドローブレベル（量子化ローブを含む）は、それぞれ−２８．８ｄＢ、−２８．７ｄＢである。
【００３３】
図５は、オフセット位相値Ｐｏが零のときのビームパターンとオフセット位相値Ｐｏをπ／２としたときのビームパターンとをオフセット位相値Ｐｏを補正した後にコヒーレント合成したビームパターンであり、（ホ）は２次元表示されたビームパターンを、（ヘ）はＡｚ＝０度の切断面のビームパターンを示す。
【００３４】
この場合の平均サイドローブレベルは−３７．０ｄＢであり、図３および図４に比べ約８ｄＢ低減している。すなわち、オフセット位相値Ｐｏの相違する受信信号をオフセット位相値の補正後にコヒーレント合成することによって、平均サイドローブレベルを低減できることがシミュレーション実験により確認されたこととなる。
【００３５】
図６は、オフセット位相値ＰｏをΔＰ＝π／２０ごとに零からπ／２まで１１段階に変更して得られたビームパターンをオフセット補正した後コヒーレント合成したビームパターンであって、（ト）は２次元表示されたビームパターンを、（チ）はＡｚ＝０度の切断面のビームパターンを示す。
この場合の平均サイドローブレベルは−４４．７ｄＢであり、図３および図４に比べ約１６ｄＢ、図５に比べて約８ｄＢ低減している。
【００３６】
そして、図７は量子化ビットｍを"１"とした場合の繰り返し処理回数と平均サイドローブレベルの関係を示すグラフであって、繰り返し回数を増加するに従って、アナログ移相器を用いて理想位相値を付与して指向性を形成したときの平均サイドローブレベル−４５．７ｄＢに漸近していることが判る。
【００３７】
以上から、送信機でオフセット位相値Ｐｏの送信信号を送信し、受信機でオフセット位相値を補正した後の受信信号を記憶する送受信操作を複数のオフセット位相値Ｐｏについて実行し、複数のオフセット位相値Ｐｏに対応する複数の受信信号をコヒーレント合成することにより、量子化ローブレベルの平均値を低減できることがシミュレーション実験により確認された。
【実施例１】
【００３８】
本発明に係る無線送受信装置の第１の実施例である第１のレーダ装置３は、受信機が、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、アンテナ素子ごとに設けられ、アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナと、フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じてアンテナ素子ごとに算出されアンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えたオフセット理想位相値に基づいてデジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部と、受信信号の位相をオフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含み、送信機が、複数回電波を放射する送信信号発生器を含む構成を有している。
【００３９】
図８は、本発明の第１の実施例である第１のレーダ装置３のハードウエア構成を示すブロック線図である。
フェーズドアレイアンテナ４は、ターゲットで反射された電波を受信信号として受信する受信アンテナとして使用され、受信電波を受信する１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子４１、アンテナ素子４１ごとに配置され、受信信号の位相を所定量変更する複数のデジタル移相器４２、およびデジタル移相器４２で位相が変更された受信信号を合成して出力する合成器４３から構成されている。
【００４０】
フェーズドアレイアンテナ４から出力される受信信号は、受信信号増幅回路３１で増幅されたのち、局部発信信号発生回路３２で発生された局部発信信号と混合回路３３で混合されて中間周波信号に変換され、デジタル処理部５に出力される。
なお、送信信号発生器３４が発生した送信信号は、送信信号増幅回路３５で増幅され、送信アンテナ３６から空中に放射される。
【００４１】
デジタル処理部５は、マイクロプロセッサシステムであり、バス５１に、レーダ制御プログラムを実行するＣＰＵ５２、レーダ制御プログラムおよびＣＰＵ５２の演算結果を記憶するメモリ５３、デジタル移相器４２および送信信号発生器３４に対する制御信号を出力する制御信号インターフェイス（以下「Ｉ／Ｆ」と記す）５４、混合回路３３から出力される中間周波信号に変換された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５５、およびデジタル処理部５での処理結果をたとえば影像信号として出力する出力Ｉ／Ｆ５６が結合された構成を有する。
そして、デジタル移相器制御部、オフセット補正部およびコヒーレント合成部はデジタル処理部５の中にソフトウエア的に構成される。
【００４２】
なお、出力Ｉ／Ｆ５６には、たとえば液晶パネルである表示器３７が接続されており、第１のレーダ装置３の補足したターゲットの画像を表示するために使用される。
【００４３】
図９は、デジタル処理部５で実行されるレーダ制御プログラムのフローチャートである。
ＣＰＵ５２は、まず、初期化処理を実行（ステップＳ９１）する。
初期化処理では、オフセット位相値Ｐｏを初期値の零とするほか、メモリ５３の一部に構成される受信信号メモリをリセットする。
ＣＰＵ５２は、次に、［数１］を用いて理想位相値φｎを算出（ステップＳ９２）する。
そして、ＣＰＵ５２は、移相器制御処理を実行（ステップＳ９３）する。
【００４４】
図１０は、移相器制御処理のフローチャートであって、ＣＰＵ５２は理想位相値φｎにオフセット位相値Ｐｏを加算して、オフセット理想位相値ψｎを算出（ステップＳ９３１）する。
さらに、ＣＰＵ５２はオフセット理想位相値ψｎに基づいて移相器制御信号を生成（ステップＳ９３２）する。
【００４５】
前述した量子化ビットが"１"の移相器を使用する場合には、移相器制御信号Ｃｐは、０≦ψｎ＜πの場合には"０"と、π≦ψｎ＜２πの場合には"１"となるものとする。
最後に移相器制御信号Ｃｎを制御信号Ｉ／Ｆ５４を介して、デジタル移相器４２に出力（ステップＳ９３３）する。
【００４６】
図１１は、１つのデジタル移相器４２ｎ（ｎ＝１，２・・・Ｎ）の一例を示すブロック図であって、アンテナ素子４１ｎは第１の切換え器４２１のｃ端子４２１ｃに接続されている。
また、第２の切換え器４２２のｃ端子４２２ｃは、合成器４３に接続されている。
【００４７】
第１の切換え器４２１のａ端子４２１ａと第２の切換え器４２２のａ端子４２２ａの間は、伝搬する信号の位相をπ／２遅らすことのできる遅延線４２３で接続されている。
第１の切換え器４２１のｂ端子４２１ｂと第２の切換え器４２２のｂ端子４２２ｂの間は、伝搬する信号の位相を３π／２遅らすことのできる遅延線４２４で接続されている。
【００４８】
第１の切換え器４２１および第２の切換え器４２２は、切換え制御回路４２５から送られる切換え信号によって制御され、切換え信号が"０"の場合は第１の切換え器４２１および第２の切換え器４２２のａ端子とｃ端子とが導通する状態となり、切換え信号が"１"の場合は第１の切換え器４２１および第２の切換え器４２２のｂ端子とｃ端子とが導通する状態となるように構成されている。
【００４９】
そして、制御信号Ｉ／Ｆ５４を介して出力される移相器制御信号Ｃｎは、切換え制御回路４２５に供給される。
したがって、移相器制御信号Ｃｎが"０"の場合はアンテナ素子４１ｎで受信された受信信号の位相はπ／２遅延され、移相器制御信号Ｃｎが"１"の場合はアンテナ素子４１ｎで受信された受信信号の位相は３π／２遅延されることとなる。
【００５０】
図９のレーダ制御プログラムにもどって、ＣＰＵ５２は、制御信号Ｉ／Ｆ５４を介して送信信号発生器３４に送信開始信号を出力する送信処理を実行（ステップＳ９４）する。
すると、送信信号発生器３４で生成された送信信号は、送信信号増幅回路３５で増幅されたのち、送信アンテナ３６から電波として放射される。
次に、ＣＰＵ５２は、受信処理を実行（ステップＳ９５）する。
【００５１】
図１２は、受信処理のフローチャートであって、ＣＰＵ５２は、中間周波信号に変換された入力信号を順次読み込む（ステップＳ９５１）。
次に、ＣＰＵ５２は、入力信号の位相からオフセット位相値Ｐｏを減算して、オフセット補正（ステップＳ９５２）を行う。
【００５２】
そして、ＣＰＵ５２は、オフセット補正後の入力信号を受信信号メモリにすでに記憶されている入力信号とコヒーレント的に合成して受信信号メモリに記憶（ステップＳ９５３）してこの処理を終了する。
図９のレーダ制御プログラムに戻って、ＣＰＵ５２は、オフセット位相値Ｐ０に予め定めた増量ΔＰを加算（ステップＳ９６）し、オフセット位相値Ｐ０が２π／２ｍ以上となったか否かを判定（ステップＳ９７）する。
量子化ビットｍが"１"である場合には、オフセット位相値Ｐ０がπに到達するまでステップＳ９３からＳ９５までの処理を繰り返す。
【００５３】
ＣＰＵ５２は、オフセット位相値Ｐ０が２π／２ｍ未満であると判断したときは、ステップＳ９３の処理に戻る。
ＣＰＵ５２は、オフセット位相値Ｐ０が２π／２ｍ以上となったと判断したときは、受信信号メモリに記憶されている情報を出力Ｉ／Ｆ５６を介して表示器３７に出力（ステップＳ９８）して、レーダ制御プログラムを終了する。
【実施例２】
【００５４】
本発明に係る無線送受信装置の第２の実施例である第２のレーダ装置６は、送信機が、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、アンテナ素子ごとに設けられ、アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナと、フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じてアンテナ素子ごとに算出されアンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えたオフセット理想位相値に基づいてデジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部と、複数回電波を放射する送信信号発生器と、を含み、受信機が、受信信号の位相をオフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む構成を有している。
【００５５】
図１３は、本発明の第２の実施例である第２のレーダ装置６のハードウエア構成を示すブロック線図であって、第１のレーダ装置３とは、フェーズドアレイアンテナ４が送信アンテナとして使用され、ターゲットで反射された電波は受信アンテナ３８により受信される点が相違する。
よって、第１のレーダ装置３と同一の要素は同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。
【００５６】
ハードウエア構成における第１のレーダ装置３との相違点は、フェーズドアレイアンテナ４が送信信号増幅回路３５に接続されており、受信信号増幅器３１には受信アンテナ３８が接続されていることである。
なお、デジタル処理部５で実行されるレーダ制御プログラムには変更はなく、動作も同じであるので説明を省略する。
【実施例３】
【００５７】
本発明に係る無線送受信装置の第３の実施例である第３のレーダ装置７は、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、アンテナ素子ごとに設けられ、アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナと、フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じてアンテナ素子ごとに算出されアンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えたオフセット理想位相値に基づいてデジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部と、複数回電波を放射する送信信号発生器と、受信信号の位相をオフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む構成を有している。
【００５８】
図１４は、本発明の第３の実施例である第３のレーダ装置７のハードウエア構成を示すブロック線図であって、第１のレーダ装置３とは、フェーズドアレイアンテナ４が送受信共用である点が相違する。
よって、第１のレーダ装置３と同一の要素は同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。
【００５９】
ハードウエア構成における第１のレーダ装置３との相違点は、フェーズドアレイアンテナ４の合成器４３の後段にアンテナ共用器６１が設けられており、受信信号増幅器３１および送信信号増幅器３５がアンテナ共用器６１に接続されていることである。
デジタル処理部５で実行されるレーダ制御プログラムも第１のレーダ装置３用とほとんど同じであるが、フェーズドアレイアンテナ４を送受信に使用しているために、図１２の受信処理のステップＳ９５２のオフセット補正で、受信信号の位相から"２Ｐ０"を減算する点のみが相違する。
【００６０】
以上、本発明に係る無線送受信装置をレーダ装置に適用した実施例について説明したが、本発明に係る無線送受信装置を通信装置として適用できることは当業者にとって明らかである。ただし、オフセット位相値Ｐｏの増量および増量の回数をプロトコルとして取り決めておくことが必要とある。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、フェーズドアレイアンテナを使用した無線送受信装置および方法において、デジタル移相器を使用したときに不可避的に発生する量子化ローブの平均レベルを低減する上で極めて有用であり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００６２】
３：第１のレーダ装置
５：デジタル処理部
６：第２のレーダ装置
７：第３のレーダ装置
３１：受信信号増幅器
３２：局部発信信号発生回路
３３：混合回路
３４：送信信号発生器
３５：送信信号増幅器
３６：送信アンテナ
３７：表示器
３８：受信アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を放射する送信機と、送信機から放射された電波を受信する受信機と、から成る無線送受信装置であって、
前記送信機および前記受信機の少なくとも一方の機器が、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナを備え、
前記フェーズドアレイアンテナを備えた前記一方の機器が、
前記フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部を含み、
前記送信機が、前記複数回数電波を放射する送信信号発生器を含み、
前記受信機が、受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む無線送受信装置。
【請求項２】
前記受信機が、前記フェーズドアレイアンテナを備える機器である請求項１に記載の無線送受信装置。
【請求項３】
前記送信機が、前記フェーズドアレイアンテナを備える機器である請求項１に記載の無線送受信装置。
【請求項４】
１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含む送受信用フェーズドアレイアンテナと、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部と、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナから前記複数回数電波を放射する送信信号発生器と、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナで受信された受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、
オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む無線送受信装置。
【請求項５】
送信アンテナおよび受信アンテナの少なくとも一方に、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナを使用する送受信方法であって、
前記フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御段階と、
前記複数回数電波を放射する送信信号発生段階と、
受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正段階と、
オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成段階と、から成る無線送受信方法。
【請求項１】
電波を放射する送信機と、送信機から放射された電波を受信する受信機と、から成る無線送受信装置であって、
前記送信機および前記受信機の少なくとも一方の機器が、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナを備え、
前記フェーズドアレイアンテナを備えた前記一方の機器が、
前記フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部を含み、
前記送信機が、前記複数回数電波を放射する送信信号発生器を含み、
前記受信機が、受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む無線送受信装置。
【請求項２】
前記受信機が、前記フェーズドアレイアンテナを備える機器である請求項１に記載の無線送受信装置。
【請求項３】
前記送信機が、前記フェーズドアレイアンテナを備える機器である請求項１に記載の無線送受信装置。
【請求項４】
１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含む送受信用フェーズドアレイアンテナと、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御部と、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナから前記複数回数電波を放射する送信信号発生器と、
前記送受信用フェーズドアレイアンテナで受信された受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正部と、
オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成部と、を含む無線送受信装置。
【請求項５】
送信アンテナおよび受信アンテナの少なくとも一方に、１次元または２次元に配列された複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子ごとに設けられ、前記アンテナ素子を伝播する信号の位相を離散的に変更するデジタル移相器と、を含むフェーズドアレイアンテナを使用する送受信方法であって、
前記フェーズドアレイアンテナの指向方向に応じて前記アンテナ素子ごとに算出され前記アンテナ素子を伝播する信号に付与されるべき理想位相値にオフセット位相値を加えた複数のオフセット理想位相値に基づいて前記デジタル移相器を制御するデジタル移相器制御段階と、
前記複数回数電波を放射する送信信号発生段階と、
受信信号の位相を前記オフセット位相値に応じて補正するオフセット補正段階と、
オフセット補正後の受信信号をコヒーレント合成するコヒーレント合成段階と、から成る無線送受信方法。
【図１】
【図２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１３４６４３（Ｐ２０１２−１３４６４３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８３３３８（Ｐ２０１０−２８３３３８）
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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