| 【発明の名称】 |
空中線指向誤差検出方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】佐川 一美
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| 【要約】 |
【課題】ダウンリンク信号が狭帯域信号、帯域拡散信号の何れでもダウンリンク変調形式を知ること無く空中線指向誤差を検出する。
【解決手段】モノパルス空中線１から和系信号及び差系信号を入力し、それぞれの信号に対しＡＤ変換、フーリエ変換を行い、和差系間クロススペクトラムを算出し、狭帯域信号に対しては、時間軸方向に累積加算することにより、空中線指向誤差をＳ／Ｎを高くして検出し、帯域拡散信号に対しては、周波数軸方向に和差系間クロススペクトラムの加算を行うことにより拡散された信号の圧縮を行うことにより空中線指向誤差をＳ／Ｎを高くして検出する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 モノパルス空中線から出力される和系信号及び差系信号を入力し、それぞれＡＤ変換、フーリエ変換を行い、和差系間クロススペクトラムを算出し、該和差系間クロススペクトラムを、周波数軸方向及び時間軸方向に累積加算することにより空中線指向誤差を検出することを特徴とする空中線指向誤差検出方法。
【請求項２】 到来電波が狭帯域信号の場合は、前記周波数軸方向の累積加算をバイパスし、前記時間軸方向の累積加算のみを行うことを特徴とする請求項１記載の空中線指向誤差検出方法。
【請求項３】 到来電波が帯域拡散信号の場合は、前記周波数軸方向に累積加算を行って拡散された信号の圧縮を行った後、前記時間軸上に累積加算することを特徴とする請求項１記載の空中線指向誤差検出方法。
【請求項４】 モノパルス空中線を到来電波源に指向させるために供される空中線指向誤差検出装置において、前記モノパルス空中線から出力される和系信号及び差系信号をそれぞれディジタルデータに変換するＡＤ変換器と、前記ディジタルデータをそれぞれフーリエ変換して和系及び差系のスペクトラムデータを出力するフーリエ変換器と、前記和系及び差系のスペクトラムデータの相互相関をとり、和差系間クロススペクトラムを算出する相関器と、前記和差系間クロススペクトラムを周波数軸方向及び時間軸方向に累積加算する周波数軸加算器及び時間軸加算器を備えていることを特徴とする空中線指向誤差検出装置。
【請求項５】 前記フーリエ変換された和系のスペクトラムデータに基づいて前記到来電波が狭帯域信号であるか帯域拡散信号であるかを判定する判定手段を備え、前記判定手段は、前記到来電波が狭帯域信号であると判定したときには、前記和差系間クロススペクトラムを前記時間軸加算器にのみ入力して角度誤差信号を得るように制御し、前記到来電波が帯域拡散信号であると判定したときには、前記和差系間クロススペクトラムを前記周波数軸加算器に入力して拡散された信号の圧縮を行った後前記時間軸加算器に入力して角度誤差信号を得るように制御することを特徴とする請求項４記載の空中線指向誤差検出装置。
【請求項６】 前記モノパルス空中線は、地球周回人工衛星等の飛翔体からのダウンリンク信号を受信する地球局における地球局用のモノパルス空中線であることを特徴とする請求項４記載の空中線指向誤差検出装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空中線指向誤差検出方式に関し、特に地球周回人工衛星などの飛翔体からの到来ダウンリンク信号に対して地球局受信空中線を指向させるために、空中線指向誤差を検出するものであり、ダウンリンク信号が狭帯域信号、帯域拡散信号の何れでもダウンリンク変調形式を知ること無く指向誤差を検出することができる方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２及び図３は、モノパルス空中線に対する従来の空中線指向誤差検出方式を用いた空中線角度追尾方式を示すものである。図２の方式は、ダウンリンク信号が残留搬送波を有するビーコン信号などのような狭帯域信号の場合に使用される方式であり、図３の方式は、ダウンリンク信号が搬送波が残留しない帯域拡散信号の場合に用いられる方式である。
【０００３】図２において、残留搬送波を有するビーコン信号等の狭帯域信号がモノパルス空中線１で受信されると、モノパルス空中線１からは和系及び差系信号が出力され、それぞれ低雑音増幅装置（ＬＮＡ）２、３で増幅された後、周波数変換装置（Ｄ／Ｃ）５、６によりＩＦ信号に変換され、ＩＦ増幅器８、９、狭帯域フィルタ（ＢＰＦ）２０、２１により、そのＳ／Ｎが改善される。Ｓ／Ｎが改善された和及び差系ＩＦ信号は相関器２４において、差系ＩＦ信号と、和系ＩＦ信号を１８０度移相した信号との間で相関がとられ、角度誤差信号が生成される。
【０００４】ダウンリンク信号にドップラ効果による周波数変移が認められる場合には、和系ＩＦ信号を受信する追尾受信機２２を有し、追尾ローカル周波数を周波数変換装置５、６へフィードバックさせ、周波数変換後のＩＦ信号を狭帯域フィルタ２０、２１に通過させる構造をとる。また、角度誤差信号は和系ＩＦ信号レベル対差系ＩＦ信号レベルとして表現されるため、和系ＩＦ信号レベルで差系ＩＦ信号レベルが正規化される必要があるため、追尾受信機による受信レベルを用いて、和系ＩＦ信号レベルの正規化が行われる。
【０００５】また、図３において、搬送波が残留しない帯域拡散信号がモノパルス空中線１で受信されると、モノパルス空中線１からは和系及び差系信号が出力され、それぞれ低雑音増幅装置（ＬＮＡ）２、３で増幅された後、周波数変換装置（Ｄ／Ｃ）５、６によりＩＦ信号に変換され、ＩＦ増幅器８、９、広帯域フィルタ（ＢＰＦ）３０、３１により、そのＳ／Ｎが改善される。Ｓ／Ｎが改善された和及び差系ＩＦ信号は相関器３４において、差系ＩＦ信号と、和系ＩＦ信号を１８０度移相し、かつ所定時間遅延した信号との間で相関がとられ、角度誤差信号が生成される。 図３の場合には、狭帯域ＩＦフィルタを用いることが困難となるため、広帯域フィルタ３０から出力される和系ＩＦ信号はデータ復調器３２で一旦復調され、この復調データにより再変調器３６で再変調されたＩＦ信号を用いて、相互相関積がとられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図２のような角度誤差検出方式は、ダウンリンク信号が搬送波が残留する変調波、及び狭帯域信号に対しては、最も効率の良い方式であるが、ダウンリンク信号が帯域拡散信号の場合には、ＩＦ帯域フィルタを狭帯域化してＳ／Ｎを改善することはできず角度誤差検出は不可能になる。
【０００７】また、図３の角度誤差検出方式は、入力されるダウンリンク信号の変調方式が既知であれば、再変調回路を具備することにより、角度誤差を検出することが可能な方式を提供している。しかしながらこの方式は、ダウンリンク信号の変調波が既知であることと、更にそれに応じた再変調回路を具備する必要があり、任意のダウンリンク信号に対する角度誤差検出方式を提供するものでない。
【０００８】本発明は、ダウンリンク信号が狭帯域信号、帯域拡散信号の何れの場合でも、またダウンリンク変調形式を知らなくても指向誤差を検出することができる角度誤差検出方式を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の空中線指向誤差検出方式は、ダウンリンク信号に対する和系及び差系信号を所要のＩＦ信号に周波数変換し、共通の利得により増幅した後、ＡＤ変換を行い、和系、差系のそれぞれに対し高速フーリエ変換を行い、各周波数セルに対して、差系レベルを和系レベルで除算することにより、和系レベルで正規化された相関スペクトラムデータを得、周波数軸に累積加算した後、時間軸方向に累積加算することにより、帯域拡散信号に対する角度誤差を検出することにより空中線指向誤差を検出することを特徴としている。
【００１０】また、狭帯域ダウンリンク信号受信時には、高速フーリエ変換後のデータに対して周波数軸での累積加算はバイパスし、時間軸方向にのみ累積加算することにより角度誤差を検出することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】第１図は、本発明の空中線指向誤差検出方式の実施の形態を示すブロック図である。図１において、モノパルス空中線１は、到来電波を受信し、受信電力の全てを和系として出力すると共に、到来電波の入射角に応じて、角度誤差用受信電力を差系として出力する機能を有する。通常、角度誤差受信電力がゼロとなるとき、和系受信電力出力が最大となる特性を有し、開口面の２軸方向に対してそれぞれの誤差出力が存在する。
【００１２】ＬＮＡ２、３は、低雑音増幅装置であり、モノパルス空中線１より出力される和電力と差電力をそれぞれ低雑音にて増幅する。ローカル周波数発生器４は受信周波数を中間周波数（ＩＦ）に変換するための基準周波数源であり、この場合は和系、差系の周波数変換器（Ｄ／Ｃ）５、６に共通に出力される。Ｄ／Ｃ５、６は、受信周波数をローカル周波数により中間周波数（ＩＦ）に変換する周波数変換器である。ＡＧＣ制御電圧発生器７は、中間周波増幅器８、９の利得を制御する電圧発生源であり、通常追尾受信機より供給されるが、本実施例では、固定値としている。中間周波増幅器８、９は、ＩＦ信号を所定の利得により増幅する増幅器である。
【００１３】広帯域フィルタ１０、１１は、ＩＦ信号に対して所定の帯域幅、通常入力信号の帯域幅に帯域制限を行うためのフィルタである。狭帯域受信の場合は、狭くする程効率が良いが、入力信号が広帯域な場合には、帯域幅を狭くすることはできない。ＡＤ変換器１２、１３は、入力ＩＦ信号をディジタルデータに変換するための変換器である。
【００１４】ＦＦＴ１４、１５は高速フーリエ変換器又は演算回路であり、時系列入力データの１ブロックを高速に復素フーリエ変換し、パワースペクトラムを１ブロック出力する。除算器１６は、和及び差系のパワースペクトラムデータを周波数セル毎に除算を行い、和系を基準とした差系のレベルを算出する。
【００１５】信号検出判定器１７は、和系パワースペクトラムデータから、信号の存在をスレッショルド判定するものであり、入力パワースペクトラムが狭帯域な場合には、周波数軸加算演算をバイパスするように制御する。周波数軸加算器１８は、和系レベルで正規化されたパワースペクトラムデータに対し、帯域信号である場合に、周波数軸に拡散されたスペクトラムを各周波数セル毎に加算を行い、スペクトラムを収斂させる。
【００１６】時間軸加算器１９は、ＦＦＴのブロック毎に入力される時系列パワースペクトラムデータを累積加算し、この積分効果により、パワースペクトラムのＳ／Ｎを改善し、角度誤差検出信号として出力する機能を有している。
【００１７】次に、本発明の動作について、図１を参照して説明する。モノパルス空中線１より入力される和系及び差系ダウンリンク信号ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）は、低雑音増幅器２、３で増幅された後、周波数変換装置５、６に入力され、和差系共通のローカル周波数発振器４からのローカル周波数により周波数変換されてＩＦ信号となる。このＩＦ信号は共通のＡＧＣ制御電圧発生器７からのＡＧＣ制御電圧で制御されているＩＦ増幅器８、９により共通の利得で増幅され、広帯域フィルタ１０、１３を通過した後、ＡＤ変換器１２、１３によりディジタルデータに変換される。
【００１８】ディジタル化された和系及び差系ＩＦ信号は、ＦＦＴ１４、１５でそれぞれ高速フーリエ変換され、周波数軸にパワースペクトラムが求められる。ここで、フーリエ変換された和系、及び差系パワースペクトラムデータを極座標表示で表すと以下のようになる。
【００１９】
Ｘ（ω）＝｜Ｘ（ω）｜∠θｘ（ω）
＝∫ｘ（ｔ）ｅｘｐ｛−ｊωｔ｝ｄｔ （和系）
Ｙ（ω）＝｜Ｙ（ω）｜∠θｙ（ω）
＝∫ｙ（ｔ）ｅｘｐ｛−ｊωｔ｝ｄｔ （差系）
ここで、ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）はフーリエ変換前の和系及び差系の実時間データ、ωはフーリエ変換後の角周波数セル、｜Ｘ（ω）｜、｜Ｙ（ω）｜は、角周波数ωに対する和系及び差系振幅、θｘ（ω）、θｙ（ω）は、角周波数ωに対する和系及び差系の位相を表している。
【００２０】和系及び差系のパワースペクトラムデータＸ（ω）、Ｙ（ω）は、除算器１６で、周波数セルω毎に、除算され、和系スペクトラムデータで差系スペクトラムデータが正規化される。
【００２１】Ｙ（ω）／Ｘ（ω）＝｜Ｙ（ω）｜／｜Ｘ（ω）｜∠｛θｙ（ω）−θｘ（ω）｝
ここで、誤差系信号Ｙ（ω）は、和系信号Ｘ（ω）を用いて、以下のような関係でモノパルス空中線より供給されるものとする。
【００２２】Ｙ（ω）＝ε（μ）｜Ｘ（ω）｜∠｛θｘ（ω）＋φ（μ）｝
但し、ε（μ）は空中線角度誤差μに対する和差間レベル差特性、φ（μ）は、和差間位相オフセットである。
【００２３】除算器１６の出力は、Ｙ（ω）／Ｘ（ω）＝ε（μ）∠φ（μ）
となり、空中線角度誤差を、和差間パワースペクトラムの除算値として求めることができる。
【００２４】ダウンリンク信号が、ビーコン信号のような狭帯域信号である場合には、各周波数ωに対してω＝ωoなる周波数セルにのみフーリエ変換後のスペクトラムデータが得られ、帯域拡散信号に対しては、ダウンリンク有効帯域の全てのωに対してスペクトラムデータが得られる。
【００２５】信号検出判定器１７は、和系スペクトラムデータから、ダウンリンク信号の存在を検出し、帯域拡散信号の場合には、周波数軸加算器１８を駆動し、周波数軸にスペクトラムデータを累積加算することにより、周波数軸に拡散した空中線指向誤差を収斂させた後、時間軸加算器１９により、時間軸積分を行い、所要のＳ／Ｎ改善を行った空中線角度誤差検出データを出力するように動作する。即ち角度誤差検出データ：＝ΣΣＹ（ω）／Ｘ（ω）
また、ダウンリンク信号が狭帯域信号の場合には、周波数軸加算器１８をバイパスし、時間軸加算器１９により、時間軸積分のみを行い、所要のＳ／Ｎ改善を行った空中線角度誤差検出データを出力するように動作する。即ち角度誤差検出データ：＝ΣＹ（ωｏ）／Ｘ（ωｏ）
モノパルス空中線装置及び局内装置の和系、差系間に機器遅延時間差τが存在する場合は、誤差スペクトラムデータに、角周波数ωを関数とした位相オフセットφ（μ＋ωτ）を生ずるが、これは、周波数軸加算時に、角度補正することにより取り除くことが可能である。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、モノパルス空中線から出力された和系差系信号をそれぞれフーリエ変換し、スペクトラムデータ間の相互相関をとり、更にスペクトラムデータの周波数軸／時間軸に加算することにより、拡散されたスペクトラムを収斂することによりＳ／Ｎが改善された角度誤差検出が可能となり、ダウンリンク信号が狭帯域信号及び帯域拡散信号の何れでも空中線指向誤差を検出することができるので、従来のように、ダウンリンク信号が帯域拡散信号の場合に、変調方式に応じた角度誤差検出回路を選別する必要がなくなり、かつ空中線指向追尾が困難とされてきたスペクトラム拡散信号に対する空中線追尾も可能とすることができる。
【００２７】
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２３７
【氏名又は名称】日本電気株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月２７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 康夫 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１６０４０６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月１８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３４０８９０ |
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