電波発射源可視化装置及びその方法
【課題】電波発射源を容易に特定できるよう、到来方向推定結果を高速かつ繰返し二次元画像化し、表示可能とする。
【解決手段】リファレンスアンテナＡ０及びアレーアンテナＡ１で受信した電波を周波数変換部３０でＡＤ変換可能な中間周波数へ変換する。アンテナ切替部２０は、アレーアンテナＡ１のアンテナ素子出力を順に切り替える。アレーアンテナＡ１で選択された素子とリファレンスアンテナＡ０で受信した電波をＡＤ変換部４０でデジタル化し、到来方向推定処理部５０で到来方向推定処理を行い、二次元画像化して、表示部６０で表示する。
【解決手段】リファレンスアンテナＡ０及びアレーアンテナＡ１で受信した電波を周波数変換部３０でＡＤ変換可能な中間周波数へ変換する。アンテナ切替部２０は、アレーアンテナＡ１のアンテナ素子出力を順に切り替える。アレーアンテナＡ１で選択された素子とリファレンスアンテナＡ０で受信した電波をＡＤ変換部４０でデジタル化し、到来方向推定処理部５０で到来方向推定処理を行い、二次元画像化して、表示部６０で表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波の到来方向を推定し、電波発射源を容易に特定するため、到来方向の方位角、仰角のように二次元的な到来方向を二次元画像として出力するための電波発射源可視化装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電波発射源を特定するためには、指向性アンテナや電界プローブなどと受信機を用い、受信レベルが最大となる部位を探索し、いわば手探りで電波発射源を特定していた。また、近年では、アレーアンテナ利用の到来方向推定装置等を用いて電波の到来方向を推定し、発射源の近くまで突き止めることも行われている。しかしながら、電波を発射している部位あるいは場所までは特定することは、未だ極めて困難な状況にある。
【０００３】
尚、特許文献１には、電波ホログラフィ法による波源像を可視化する方法及び装置が記載されている。
【特許文献１】特開平０９−１３４１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上述べたように、従来の電波発射源可視化装置及びその方法では、電波を発射している部位あるいは場所までは特定することは、未だ極めて困難な状況にある。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、電波発射源を容易に特定できるよう、到来方向推定結果を高速かつ繰返し二次元画像化し、表示することのできる電波発射源可視化装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明に係る電波発射源可視化装置及びその方法は、互いに同一周波数帯の到来電波を受信するリファレンスアンテナ及び複数のアンテナ素子を平面上に配列してなるアレーアンテナを備えるアンテナ装置から前記アレーアンテナの各素子の受信出力を順次切り替えて、前記リファレンスアンテナの受信出力と同時に導出させ、前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナとの同時出力から電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、二次元画像化した到来方向推定結果を二次元表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
前記構成による電波発射源可視化装置及びその方法では、電波発信源からの電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、高速かつ繰返し二次元画像化し、表示するようにしたことで、電波発射源を容易に特定することができる。
【０００８】
したがって、本発明によれば、電波発射源を容易に特定できるよう、到来方向推定結果を高速かつ繰返し二次元画像化し、表示することのできる電波発射源可視化装置及びその方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る電波発射源可視化装置の構成を概略的に示すブロック図である。この装置は、アンテナ部１０、アンテナ切替部２０、タイミング制御部２５、周波数変換部３０、ＡＤ変換部４０、到来方向推定処理部５０、及び表示部６０から構成されている。
【００１１】
アンテナ部１０はリファレンスアンテナＡ０、アレーアンテナＡ１を備える。リファレンスアンテナＡ０、アレーアンテナＡ１は、同一周波数帯を測定可能な受信アンテナである。アレーアンテナＡ１は、Ｎ個のアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１Ｎを平面上に格子状に配置したもので、アンテナ素子の形状・種類、アンテナ素子の総数、アンテナ素子を配置するための間隔などは、測定対象、測定目的などにより任意である。アレー面の反対側から入射する電波の感度を抑えるため、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１Ｎを配置する平面を反射板とすることも可能である。
【００１２】
尚、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１Ｎのいずれか一つをリファレンスアンテナＡ０として利用することも可能である。この場合は、リファレンスアンテナＡ０を別に取り付ける機械的な構造が不要となるという利点がある。
【００１３】
アンテナ切替部２０は、アレーアンテナＡ１に対し、タイミング制御部２５からの制御信号に基づいて順次受信するアンテナ素子を予め決められた順序、間隔で切り替え、選択されたアンテナ素子Ａ１ｉ（ｉは１〜Ｎのいずれか）の受信信号を導出するものである。このように、選択されたアレーアンテナＡ１１〜Ａ１Ｎのうちの一つの受信信号は、リファレンスアンテナＡ０の受信信号と共に周波数変換部３０に送られ、後段の到来方向推定処理でリファレンスアンテナＡ０と選択されているアレーアンテナＡ１ｉの受信波間の位相差を検出することができる。
【００１４】
周波数変換部３０は、到来した電波を増幅するとともに、後段のＡＤ変換部４０においてＡＤ変換可能な中間周波数に変換する。ＡＤ変換部４０は、上記タイミング制御部２５からの制御信号に基づいて、リファレンスアンテナＡ０及びアレーアンテナＡ１で選択されたアンテナ素子Ａ１ｉからの受信信号を同時にサンプリングしてＡＤ変換し、デジタル化する。このＡＤ変換部４０でデジタル化されたデータは、到来方向推定処理部５０の処理を受けて表示部６０に供給され、到来方向推定結果が二次元画像化され、表示される。
【００１５】
図２は上記構成による装置の到来方向推定処理部５０の処理フローを示している。
【００１６】
到来方向推定処理部５０において、その処理には様々な方式があるが、ここでは電波ホログラフィ法による処理について説明する。この電波ホログラフィ法による到来方向推定処理では、アレーアンテナＡ１のアンテナ素子数をＮ個としたとき、リファレンスアンテナＡ０のＮ個のデジタルデータとアレーアンテナＡ１のＮ個のデジタルデータが得られる。アレーアンテナＡ１の素子番号をｉ＝１，…，Ｎとした場合、素子番号ｉについてリファレンスアンテナＡ０のデジタルデータとアレーアンテナＡ１のデジタルデータが得られる。１素子あたりのデジタルデータをＭサンプルとする。
【００１７】
図２において、ステップＳＴ１１では、到来方向推定の開始指示により、アレーアンテナＡ１の各アンテナ素子Ａ１ｉのデジタルデータをｉ＝１からｉ＝ＮまでＭサンプルずつ、リファレンスアンテナＡ０のデジタルデータと共に取得する。
【００１８】
ステップＳＴ１２では、ステップＳＴ１１で取得されたデジタルデータをＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理することで、到来方向を推定したい周波数範囲について複素相関値を算出する。
【００１９】
ステップＳＴ１３では、ステップＳＴ１２で得られた複素相関値から相関マトリクスを作成する。この相関マトリクスは、アレーアンテナＡ１の物理的な配置と同じ配列に、複素相関値を配置し、数学上の行列とするものである。
【００２０】
ステップＳＴ１４では、ステップＳＴ１３で得られた相関マトリクスの周囲をゼロ埋めして拡張相関マトリクスを作成する。この拡張相関マトリクスＤは、例えば２５６×２５６の行列などのように拡張する。
【００２１】
ステップＳＴ１５では、ステップＳＴ１４で得られた拡張相関マトリクスについて、二次元ＦＦＴを行い、これによって到来方向推定結果を算出する。到来方向推定結果としては、到来方向別の推定電波強度が得られる。推定電波強度の強い方向に電波発射源があると推定される。
【００２２】
二次元ＦＦＴは、例えば、まず拡張相関マトリクスの全ての行ごとに一次元ＦＦＴを行い、その後、全ての列ごとに一次元ＦＦＴを行う。到来方向推定結果は、行列として得られ、各行列の要素は、それぞれ到来する角度に対応している。
【００２３】
上記のように相関マトリクスを拡張相関マトリクスとする理由は、二次元ＦＦＴを行う際にサンプル数を故意に増やし、到来方向推定分解能を向上させるためである。
【００２４】
到来方向推定処理部５０で得られた到来方向推定結果を受けた表示部６０では、方位角、仰角別に推定電波強度に色付けして二次元画像化し表示する。ステップＳＴ１６で上記ステップＳＴ１１〜ＳＴ１５による測定の繰り返しが選択された場合には、ステップＳＴ１５により各測定時の二次元画像が表示される。
【００２５】
以上述べたように、本発明に係る到来方向推定処理では、二次元可視化に二次元ＦＦＴを用いているため、他の一般に知られているＭＵＳＩＣ法やインターフェロメトリ法に比べ、高速に処理を行うことができる（ＭＵＳＩＣ法やインターフェロメトリ法は、到来方向を検出する際に、細かい角度間隔で走査する必要があるため、計算量が多く、特に二次元可視化には、不向きである。）。
【００２６】
したがって、上記実施形態によれば、発射された電波について、到来方向別電波強度が二次元的画像化され、高速かつ繰返し表示されるので、電波発射源を容易に特定することができる。
【００２７】
本発明は、不法携帯中継装置などの違法電波の発射源を発見することを目的とする電波監視分野や、携帯電話の使用を控えるべきところでの通話を発見するなど様々な分野で応用可能である。
【００２８】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る一実施形態の電波発射源可視化装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す到来方向推定処理部の処理の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３０】
１０…アンテナ部、Ａ０…リファレンスアンテナ、Ａ１…アレーアンテナ、Ａ１１〜Ａ１Ｎ…アンテナ素子、２０…アンテナ切替部、２５…タイミング制御部、３０…周波数変換部、４０…ＡＤ変換部、５０…到来方向推定処理部、６０…表示部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波の到来方向を推定し、電波発射源を容易に特定するため、到来方向の方位角、仰角のように二次元的な到来方向を二次元画像として出力するための電波発射源可視化装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電波発射源を特定するためには、指向性アンテナや電界プローブなどと受信機を用い、受信レベルが最大となる部位を探索し、いわば手探りで電波発射源を特定していた。また、近年では、アレーアンテナ利用の到来方向推定装置等を用いて電波の到来方向を推定し、発射源の近くまで突き止めることも行われている。しかしながら、電波を発射している部位あるいは場所までは特定することは、未だ極めて困難な状況にある。
【０００３】
尚、特許文献１には、電波ホログラフィ法による波源像を可視化する方法及び装置が記載されている。
【特許文献１】特開平０９−１３４１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上述べたように、従来の電波発射源可視化装置及びその方法では、電波を発射している部位あるいは場所までは特定することは、未だ極めて困難な状況にある。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、電波発射源を容易に特定できるよう、到来方向推定結果を高速かつ繰返し二次元画像化し、表示することのできる電波発射源可視化装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明に係る電波発射源可視化装置及びその方法は、互いに同一周波数帯の到来電波を受信するリファレンスアンテナ及び複数のアンテナ素子を平面上に配列してなるアレーアンテナを備えるアンテナ装置から前記アレーアンテナの各素子の受信出力を順次切り替えて、前記リファレンスアンテナの受信出力と同時に導出させ、前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナとの同時出力から電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、二次元画像化した到来方向推定結果を二次元表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
前記構成による電波発射源可視化装置及びその方法では、電波発信源からの電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、高速かつ繰返し二次元画像化し、表示するようにしたことで、電波発射源を容易に特定することができる。
【０００８】
したがって、本発明によれば、電波発射源を容易に特定できるよう、到来方向推定結果を高速かつ繰返し二次元画像化し、表示することのできる電波発射源可視化装置及びその方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る電波発射源可視化装置の構成を概略的に示すブロック図である。この装置は、アンテナ部１０、アンテナ切替部２０、タイミング制御部２５、周波数変換部３０、ＡＤ変換部４０、到来方向推定処理部５０、及び表示部６０から構成されている。
【００１１】
アンテナ部１０はリファレンスアンテナＡ０、アレーアンテナＡ１を備える。リファレンスアンテナＡ０、アレーアンテナＡ１は、同一周波数帯を測定可能な受信アンテナである。アレーアンテナＡ１は、Ｎ個のアンテナ素子Ａ１１〜Ａ１Ｎを平面上に格子状に配置したもので、アンテナ素子の形状・種類、アンテナ素子の総数、アンテナ素子を配置するための間隔などは、測定対象、測定目的などにより任意である。アレー面の反対側から入射する電波の感度を抑えるため、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１Ｎを配置する平面を反射板とすることも可能である。
【００１２】
尚、アンテナ素子Ａ１１〜Ａ１Ｎのいずれか一つをリファレンスアンテナＡ０として利用することも可能である。この場合は、リファレンスアンテナＡ０を別に取り付ける機械的な構造が不要となるという利点がある。
【００１３】
アンテナ切替部２０は、アレーアンテナＡ１に対し、タイミング制御部２５からの制御信号に基づいて順次受信するアンテナ素子を予め決められた順序、間隔で切り替え、選択されたアンテナ素子Ａ１ｉ（ｉは１〜Ｎのいずれか）の受信信号を導出するものである。このように、選択されたアレーアンテナＡ１１〜Ａ１Ｎのうちの一つの受信信号は、リファレンスアンテナＡ０の受信信号と共に周波数変換部３０に送られ、後段の到来方向推定処理でリファレンスアンテナＡ０と選択されているアレーアンテナＡ１ｉの受信波間の位相差を検出することができる。
【００１４】
周波数変換部３０は、到来した電波を増幅するとともに、後段のＡＤ変換部４０においてＡＤ変換可能な中間周波数に変換する。ＡＤ変換部４０は、上記タイミング制御部２５からの制御信号に基づいて、リファレンスアンテナＡ０及びアレーアンテナＡ１で選択されたアンテナ素子Ａ１ｉからの受信信号を同時にサンプリングしてＡＤ変換し、デジタル化する。このＡＤ変換部４０でデジタル化されたデータは、到来方向推定処理部５０の処理を受けて表示部６０に供給され、到来方向推定結果が二次元画像化され、表示される。
【００１５】
図２は上記構成による装置の到来方向推定処理部５０の処理フローを示している。
【００１６】
到来方向推定処理部５０において、その処理には様々な方式があるが、ここでは電波ホログラフィ法による処理について説明する。この電波ホログラフィ法による到来方向推定処理では、アレーアンテナＡ１のアンテナ素子数をＮ個としたとき、リファレンスアンテナＡ０のＮ個のデジタルデータとアレーアンテナＡ１のＮ個のデジタルデータが得られる。アレーアンテナＡ１の素子番号をｉ＝１，…，Ｎとした場合、素子番号ｉについてリファレンスアンテナＡ０のデジタルデータとアレーアンテナＡ１のデジタルデータが得られる。１素子あたりのデジタルデータをＭサンプルとする。
【００１７】
図２において、ステップＳＴ１１では、到来方向推定の開始指示により、アレーアンテナＡ１の各アンテナ素子Ａ１ｉのデジタルデータをｉ＝１からｉ＝ＮまでＭサンプルずつ、リファレンスアンテナＡ０のデジタルデータと共に取得する。
【００１８】
ステップＳＴ１２では、ステップＳＴ１１で取得されたデジタルデータをＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理することで、到来方向を推定したい周波数範囲について複素相関値を算出する。
【００１９】
ステップＳＴ１３では、ステップＳＴ１２で得られた複素相関値から相関マトリクスを作成する。この相関マトリクスは、アレーアンテナＡ１の物理的な配置と同じ配列に、複素相関値を配置し、数学上の行列とするものである。
【００２０】
ステップＳＴ１４では、ステップＳＴ１３で得られた相関マトリクスの周囲をゼロ埋めして拡張相関マトリクスを作成する。この拡張相関マトリクスＤは、例えば２５６×２５６の行列などのように拡張する。
【００２１】
ステップＳＴ１５では、ステップＳＴ１４で得られた拡張相関マトリクスについて、二次元ＦＦＴを行い、これによって到来方向推定結果を算出する。到来方向推定結果としては、到来方向別の推定電波強度が得られる。推定電波強度の強い方向に電波発射源があると推定される。
【００２２】
二次元ＦＦＴは、例えば、まず拡張相関マトリクスの全ての行ごとに一次元ＦＦＴを行い、その後、全ての列ごとに一次元ＦＦＴを行う。到来方向推定結果は、行列として得られ、各行列の要素は、それぞれ到来する角度に対応している。
【００２３】
上記のように相関マトリクスを拡張相関マトリクスとする理由は、二次元ＦＦＴを行う際にサンプル数を故意に増やし、到来方向推定分解能を向上させるためである。
【００２４】
到来方向推定処理部５０で得られた到来方向推定結果を受けた表示部６０では、方位角、仰角別に推定電波強度に色付けして二次元画像化し表示する。ステップＳＴ１６で上記ステップＳＴ１１〜ＳＴ１５による測定の繰り返しが選択された場合には、ステップＳＴ１５により各測定時の二次元画像が表示される。
【００２５】
以上述べたように、本発明に係る到来方向推定処理では、二次元可視化に二次元ＦＦＴを用いているため、他の一般に知られているＭＵＳＩＣ法やインターフェロメトリ法に比べ、高速に処理を行うことができる（ＭＵＳＩＣ法やインターフェロメトリ法は、到来方向を検出する際に、細かい角度間隔で走査する必要があるため、計算量が多く、特に二次元可視化には、不向きである。）。
【００２６】
したがって、上記実施形態によれば、発射された電波について、到来方向別電波強度が二次元的画像化され、高速かつ繰返し表示されるので、電波発射源を容易に特定することができる。
【００２７】
本発明は、不法携帯中継装置などの違法電波の発射源を発見することを目的とする電波監視分野や、携帯電話の使用を控えるべきところでの通話を発見するなど様々な分野で応用可能である。
【００２８】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る一実施形態の電波発射源可視化装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す到来方向推定処理部の処理の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３０】
１０…アンテナ部、Ａ０…リファレンスアンテナ、Ａ１…アレーアンテナ、Ａ１１〜Ａ１Ｎ…アンテナ素子、２０…アンテナ切替部、２５…タイミング制御部、３０…周波数変換部、４０…ＡＤ変換部、５０…到来方向推定処理部、６０…表示部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同一周波数帯の到来電波を受信するリファレンスアンテナ及び複数のアンテナ素子を平面上に配列してなるアレーアンテナを備えるアンテナ装置と、
前記アンテナ装置から前記アレーアンテナの各素子の受信出力を順次切り替えて導出するアンテナ切替手段と、
前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナの出力から電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、二次元画像化した到来方向推定結果を出力する到来方向推定処理手段と、
前記到来方向推定結果を表示するための表示手段と
を具備することを特徴とする電波発射源可視化装置。
【請求項２】
前記リファレンスアンテナは、前記アレーアンテナの一部のアンテナ素子であることを特徴とする請求項１記載の電波発射源可視化装置。
【請求項３】
互いに同一周波数帯の到来電波を受信するリファレンスアンテナ及び複数のアンテナ素子を平面上に配列してなるアレーアンテナを備えるアンテナ装置から前記アレーアンテナの各素子の受信出力を順次切り替えて導出する過程と、
前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナの出力から電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、二次元画像化した結果を出力する過程と、
前記到来方向の推定結果を表示する過程と
を具備することを特徴とする電波発射源可視化方法。
【請求項１】
互いに同一周波数帯の到来電波を受信するリファレンスアンテナ及び複数のアンテナ素子を平面上に配列してなるアレーアンテナを備えるアンテナ装置と、
前記アンテナ装置から前記アレーアンテナの各素子の受信出力を順次切り替えて導出するアンテナ切替手段と、
前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナの出力から電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、二次元画像化した到来方向推定結果を出力する到来方向推定処理手段と、
前記到来方向推定結果を表示するための表示手段と
を具備することを特徴とする電波発射源可視化装置。
【請求項２】
前記リファレンスアンテナは、前記アレーアンテナの一部のアンテナ素子であることを特徴とする請求項１記載の電波発射源可視化装置。
【請求項３】
互いに同一周波数帯の到来電波を受信するリファレンスアンテナ及び複数のアンテナ素子を平面上に配列してなるアレーアンテナを備えるアンテナ装置から前記アレーアンテナの各素子の受信出力を順次切り替えて導出する過程と、
前記アレーアンテナの個々の素子出力と前記リファレンスアンテナの出力から電波の到来方向を電波ホログラフィ法で推定し、二次元画像化した結果を出力する過程と、
前記到来方向の推定結果を表示する過程と
を具備することを特徴とする電波発射源可視化方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２１２２２８（Ｐ２００７−２１２２２８Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１０７７（Ｐ２００６−３１０７７）
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【出願人】（３０１０２９１７１）総務大臣 (9)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【出願人】（３０１０２９１７１）総務大臣 (9)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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