电波监视装置的制作方法

本发明涉及电波监视装置。

背景技术：

在监视向空间辐射的电波的装置中，接收直接波和经过各种反射路径到达的反射波(延迟波)合成后的多径波，因此存在解调变得困难、接收信号的信号电平降低、或者信号难以解析的情况。

为了解决多径波的影响，可举出在非专利文献1中记载的RAKE接收这样的方法。通过RAKE接收，扩频信号那样的宽频带信号的多径波能够通过路径分集来改善对接收信号进行解调的特性。但是，RAKE接收的有效性限于扩频信号那样的宽频带信号。

在雷达那样的角度测量处理中，提出例如专利文献1那样使用稀疏向量估计方法。在专利文献1的观测装置中，利用距离测量部来推算到观测对象的相对距离。然后，角度测量部根据利用距离测量部推算的到观测对象的相对距离，对推算处理中的内部参数进行调整，推算观测对象存在的方向。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013－234871号公报

非专利文献

非专利文献1：真田幸俊著《RAKE接收方式的原理和发展》IEICE Fundamentals Review Vol.5No.1,p.20-27

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

如上所述，关于扩频信号那样的宽频带信号，存在有效地使用多径波的方法。但是，在电波监视装置中，对扩频信号以外的各种信号也要进行接收并监视。因此，需要与发送波的种类、接收条件无关的多径波的对策。当前，虽然存在RAKE接收作为利用多径波的接收方式，但是不适合于接收各种通信波的电波监视装置。

本发明是鉴于上述情况而完成的，因此其目的是在电波监视装置中，即使在接收了由直接波和各种反射波合成的多径波的情况下，也能提高接收信号的增益。

解决技术问题的技术方案

为了达成上述目的，本发明的观点所涉及的电波监视装置包括阵列天线、连续离散转换部、频率检测部、稀疏信号处理部以及信号合成部。阵列天线由多个天线构成，各个天线对到达的电波进行捕捉并生成接收信号。连续离散转换部将每个天线的接收信号从模拟信号转换成数字信号，频率检测部对接收信号的频率进行检测。稀疏信号处理部在接收信号的频率下从所指定的每个方位接收到来自该方位的电波时，使用表示此时阵列天线中的各个天线的相位的基准矢量，计算出阵列天线接收到的接收信号用有限个基准矢量的线性和来表示的情况下的基准矢量的系数即复振幅，并将其分离成每个方位的信号即方位信号，并对分离后的各个方位信号的相位进行计算。信号合成部使用根据稀疏信号处理部算出的系数即复振幅的相位算出的相位差，使稀疏信号处理部分离后的方位信号的相位匹配并进行合成。

发明效果

根据本发明，由于通过稀疏信号处理来对每个指定方位的到达电波进行分离，使相位匹配并合成，因此能够提高接收信号的增益。其结果，即使接收信号电平降低也能够对接收信号进行解调。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1所涉及的电波监视装置的结构例的框图。

图2是示出发送信号与包含多径波的接收信号的关系的示意图。

图3是示出实施方式1所涉及的信号处理前后的接收信号的示意图。

图4是示出实施方式1所涉及的信号处理的动作的一个示例的流程图。

图5是示出本发明的实施方式2所涉及的电波监视装置的结构例的框图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1所涉及的电波监视装置的结构例的框图。电波监视装置10包括将多个天线1排列成一维或者二维的阵列状来构成的阵列天线20、A-D转换部2、频率检测部3、稀疏信号处理部4以及信号合成部5。电波监视装置10利用阵列天线20接收到达的电波，对根据接收到的电波生成的接收信号进行信号处理，并将其分离成与电波到来的方向相应的信号分量。然后，对分离后的信号分量进行相位匹配并合成，再从信号合成部5输出。对从信号合成部5输出的合成信号进行解调及解码，从而能分析数据。在图1中，省略了接收信号的放大器。

阵列天线20的各个天线1捕捉到达的电波并输出接收信号。A-D转换部2以比观测每个天线1的接收信号的对象电波的频率足够高的频率进行取样，并进行A-D(Analogue to Digital－模拟到数字)转换。A-D转换部2是将接收信号从模拟信号转换成数字信号的连续离散转换部。频率检测部3对A-D转换后的信号进行例如高速傅立叶转换，并检测接收信号的频率(载波频率)。

若将阵列天线20的天线1的个数设为M个，将接收信号的频率设为f，则接收信号Y(t)能以如下述那样的时间t的函数来表述。此处，如矢量X那样，矢量用字母的大写字母来表示，将矢量X的第i个要素用x[i]来表示。此处，z[i]、i＝1,2,...,m是复振幅，Z是M维的复振幅的矢量。j是虚数单位。

Y(t)＝(y[1](t),y[2](t),...y[m](t))

＝(z[1],z[2],...z[m])·exp(j2πft)

＝Z·exp(j2πft) (1)

此处，虽然对接收信号进行了取样，但是视为没有因取样导致原始信号和特性发生变化，作为时间上连续的信号来表示。

稀疏信号处理部4在频率检测部3检测出的频率的电波是从指定的各个方位到来时，生成用于表示阵列天线20的各天线1的接收信号的相位的基准矢量。例如，根据频率与阵列天线20中天线1的间隔，计算每个指定方位有电波到来时各天线1的相位差，将带有相位差的各天线1的信号序列设为该方位的基准矢量。

例如，在阵列天线20中，将各天线1全部配置在一条直线上，其间隔设为L。将电波的到来方向的方位角与配置天线的直线所构成的角度设为θAZ，将垂直于阵列天线20的方向与电波的到来方向所构成的角度设为θEL，则基准矢量A(θAZ,θEL)如下述进行表示。另外，将光速设为c。

其中，

每隔与指定的分辨率对应的刻度确定方位角和仰角，生成N个方位角和仰角的组合。将第i个组合中的方位角设为θAZ[i]，仰角设为θEL[i]。若将各方位的基准矢量A[i]＝A(θAZ[i],θEL[i])汇总后得到基准矩阵[A]，则表示如下。由于基准矢量A[i]为M维，因此基准矩阵[A]为M行N列的矩阵。

[A]＝(A(θAZ[1],θEL[1]),A(θAZ[2],θEL[2]),…,A(θAZ[N],θEL[N]))

＝(A[1],A[2],…,A[N]) (4)

例如以10°为一个刻度将θAZ确定为0°、±10°、±20°、±30°、…、90°，例如以10°为一个刻度将θEL确定为0°、±10°、±20°、±30°以及±40°。对于θAZ和θEL的组合，根据式(2)和式(3)来定义1个基准矢量。

若缩小方位的差，则相应地提高多路径的分辨率。若缩小方位的差，则基准矢量的数量变多，相应地运算量也增大。若利用电波监视装置监视的电波的频率已确定，则可以预先生成基准矢量并加以保持。

稀疏信号处理部4使用上述的基准矢量，计算出阵列天线20接收到的接收信号用按照分量从大到小的顺序排列的有限个基准矢量的线性和来表示的情况下的基准矢量系数(系数矢量)。系数矢量表示到来的电波的每个方位的强度。例如，系数矢量的各要素按照要素的绝对值从大到小地求出，要素的绝对值小于阈值的要素则不进行计算。

接收信号y(t)用每个方位的基准矢量A(θAZk,θELk)乘以系数s[k](t)后得到的和来表示。若将汇总了s[k](t)得到的矢量设为系数矢量S(t)，则系数矢量S(t)表示如下。此处，u[i]、i＝1,2,...,N是复振幅，U是N维的复振幅的矢量。

S(t)＝(s[1](t),s[2](t),…，s[N](t))

＝(u[1],u[2],…,u[N])·exp(j2πft)

＝U·exp(j2πft) (5)

在阵列天线20的接收信号矢量Y(t)和系数矢量S(t)之间存在以下关系。此处，N(t)是表示各天线1接收到的噪声的矢量。矢量N是表示噪声的复振幅的矢量N。

Y(t)＝[A]·S(t)+N(t) (6)

Z＝[A]·U+N (7)

这种情况下能求出单一频率的信号时的关系式。在调制波的情况下，虽然存在多个频率信号，但是对于调制波所要考虑的每个频率f，以下关系式成立。

Y(t,f)＝[A(f)]·S(t,f)+N(t) (8)

Z(f)＝[A(f)]·U(f)+N (9)

在计算系数矢量时，使用稀疏信号分解的算法。例如，能够使用对基准矢量逐个重复选择进行信号分解的Matching pursuits(MP：匹配追踪)。作为稀疏信号分解的算法，除MP以外，也可以使用正交Matching Pursuits(OMP)、Basis Pursuits Denoising(BPDN：基础追踪去噪)、Block Coordinate Relaxation(BCR：块坐标松弛)等。

在如上所述求得的系数矢量中不为0的要素就是电波到来的方位。利用稀疏信号处理部4能够按照到来的每个方位分离信号。分离后的每个方位的信号即方位信号的大小用复振幅的绝对值来表示。另外，分离后的各个方位信号的相位差是复振幅的相位的差。

信号合成部5使用稀疏信号处理部4求得的相位差，将经过稀疏信号处理部4分离后的方位信号的相位匹配并合成。即，将分离后的信号错开各自的相位差，乘以各个系数并相加。由于对每个到来方位的相位进行匹配并合成，因此信号能得到加强并能提高接收信号的增益。

图2是示出发送信号与包含多径波的接收信号的关系的示意图。包含多径波的接收信号中合成了直接波和经过各种反射的路径而到达的反射波(延迟波)。因此，路径不同的信号相互增强或者相互减弱，与发送信号相比，接收信号具有被干扰的波形。

图3是示出实施方式1所涉及的信号处理前后的接收信号的示意图。在实施方式1的电波监视装置10中，利用稀疏信号处理将图2所示的多径波的接收信号分到每个到来方位，分离成直接波和反射波。在该阶段中，在直接波与各反射波之间存在相位差。若通过相位匹配来进行合成，则能得到如图3的右边的波形所示的接近于增益提高后的发送信号的波形。

图4是示出实施方式1所涉及的信号处理的动作的一个示例的流程图。如上所述，A-D转换部2对每个天线1的接收信号进行A-D转换(步骤S11)。频率检测部3对接收信号的频率进行检测(步骤S12)。稀疏信号处理部4在利用频率检测部3检测出的频率下，生成阵列天线20的每个指定方位的天线图案即基准矢量。并且，对接收信号进行稀疏信号分解，计算基准矢量的系数，将接收信号分离至每个方位，对分离后的每个方位的信号的相位进行计算(步骤S14)。

信号合成部5使用稀疏信号处理部4求得的相位差，对稀疏信号处理部4分离后的每个方位的信号的相位进行匹配并进行合成(步骤S15)。

如上所述，根据本实施方式1的电波监视装置10，利用稀疏信号处理对每个指定方位的到来电波进行分离，并进行相位匹配来合成，因此能够提高接收信号的增益。其结果，即使接收信号电平降低也能够对接收信号进行解调。

实施方式2.

图5是示出本发明的实施方式2所涉及的电波监视装置的结构例的框图。在实施方式2中，将接收信号转换成适合信号处理的中间频率(下转换)。在A-D转换部2之后，对转换成中间频率的接收信号进行处理。实施方式2的电波监视装置10在阵列天线20与A-D转换部2之间具备频率转换部6。其他结构与实施方式1的电波监视装置10相同。图5也省略了放大器。

实施方式2的电波监视装置10利用频率转换部6将从阵列天线20输出的接收信号转换成中间频率。频率转换部6将利用本机振荡器(未图示)产生的频率的信号与接收信号混合，获得中间频率的信号。用于转换成中间频率的本机振荡器所产生的信号的频率也可以根据要监视的对象的频率进行变更。

A-D转换之后，除了对转换成中间频率后的接收信号进行处理以外，与实施方式1相同。即，A-D转换部2为每一个天线1都进行对频率转换后的接收信号的A-D转换。频率检测部3检测频率转换后的频率，稀疏信号处理部4对中间频率的接收信号进行稀疏信号分解，将接收信号分离至每个方位，还求出相位。信号合成部5将分离后的中间频率的信号的相位加以匹配并进行合成。

根据实施方式2的电波监视装置10，由于将接收信号转换成中间频率并进行信号处理，因此能够降低取样频率。其结果，A-D转换之后的处理变得容易。此外，虽然在图1和图5中没有示出滤波器，但是能够提高电波监视的频率选择性。

本发明在不脱离其广义精神和范围的情况下可以采用各种实施方式及变形。另外，上述实施方式仅用来对本发明进行说明，而不对本发明的范围进行限定。即，本发明的范围由权利要求的范围来表示，而不由实施方式来表示。并且，在专利权利要求的范围内及与其同等发明意义的范围内所实施的各种变形也视为包含在本发明的范围内

本申请基于2014年6月2日提出申请的日本专利申请特愿2014－113838号。本说明书中参照并引入日本专利申请特愿2014-113838号的说明书、权利要求书及全部附图。

标号说明

1 天线，

2 A-D转换部，

3 频率检测部，

4 稀疏信号处理部，

5 信号合成部，

6 频率转换部，

10 电波监视装置，

20 阵列天线。