本發(fā)明涉及電波監(jiān)視裝置。

背景技術(shù)：

在監(jiān)視向空間輻射的電波的裝置中，接收直接波和經(jīng)過各種反射路徑到達的反射波(延遲波)合成后的多徑波，因此存在解調(diào)變得困難、接收信號的信號電平降低、或者信號難以解析的情況。

為了解決多徑波的影響，可舉出在非專利文獻1中記載的RAKE接收這樣的方法。通過RAKE接收，擴頻信號那樣的寬頻帶信號的多徑波能夠通過路徑分集來改善對接收信號進行解調(diào)的特性。但是，RAKE接收的有效性限于擴頻信號那樣的寬頻帶信號。

在雷達那樣的角度測量處理中，提出例如專利文獻1那樣使用稀疏向量估計方法。在專利文獻1的觀測裝置中，利用距離測量部來推算到觀測對象的相對距離。然后，角度測量部根據(jù)利用距離測量部推算的到觀測對象的相對距離，對推算處理中的內(nèi)部參數(shù)進行調(diào)整，推算觀測對象存在的方向。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2013－234871號公報

非專利文獻

非專利文獻1：真田幸俊著《RAKE接收方式的原理和發(fā)展》IEICE Fundamentals Review Vol.5No.1,p.20-27

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

如上所述，關(guān)于擴頻信號那樣的寬頻帶信號，存在有效地使用多徑波的方法。但是，在電波監(jiān)視裝置中，對擴頻信號以外的各種信號也要進行接收并監(jiān)視。因此，需要與發(fā)送波的種類、接收條件無關(guān)的多徑波的對策。當前，雖然存在RAKE接收作為利用多徑波的接收方式，但是不適合于接收各種通信波的電波監(jiān)視裝置。

本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，因此其目的是在電波監(jiān)視裝置中，即使在接收了由直接波和各種反射波合成的多徑波的情況下，也能提高接收信號的增益。

解決技術(shù)問題的技術(shù)方案

為了達成上述目的，本發(fā)明的觀點所涉及的電波監(jiān)視裝置包括陣列天線、連續(xù)離散轉(zhuǎn)換部、頻率檢測部、稀疏信號處理部以及信號合成部。陣列天線由多個天線構(gòu)成，各個天線對到達的電波進行捕捉并生成接收信號。連續(xù)離散轉(zhuǎn)換部將每個天線的接收信號從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，頻率檢測部對接收信號的頻率進行檢測。稀疏信號處理部在接收信號的頻率下從所指定的每個方位接收到來自該方位的電波時，使用表示此時陣列天線中的各個天線的相位的基準矢量，計算出陣列天線接收到的接收信號用有限個基準矢量的線性和來表示的情況下的基準矢量的系數(shù)即復振幅，并將其分離成每個方位的信號即方位信號，并對分離后的各個方位信號的相位進行計算。信號合成部使用根據(jù)稀疏信號處理部算出的系數(shù)即復振幅的相位算出的相位差，使稀疏信號處理部分離后的方位信號的相位匹配并進行合成。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，由于通過稀疏信號處理來對每個指定方位的到達電波進行分離，使相位匹配并合成，因此能夠提高接收信號的增益。其結(jié)果，即使接收信號電平降低也能夠?qū)邮招盘栠M行解調(diào)。

附圖說明

圖1是示出本發(fā)明的實施方式1所涉及的電波監(jiān)視裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。

圖2是示出發(fā)送信號與包含多徑波的接收信號的關(guān)系的示意圖。

圖3是示出實施方式1所涉及的信號處理前后的接收信號的示意圖。

圖4是示出實施方式1所涉及的信號處理的動作的一個示例的流程圖。

圖5是示出本發(fā)明的實施方式2所涉及的電波監(jiān)視裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。

具體實施方式

實施方式1.

圖1是示出本發(fā)明的實施方式1所涉及的電波監(jiān)視裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。電波監(jiān)視裝置10包括將多個天線1排列成一維或者二維的陣列狀來構(gòu)成的陣列天線20、A-D轉(zhuǎn)換部2、頻率檢測部3、稀疏信號處理部4以及信號合成部5。電波監(jiān)視裝置10利用陣列天線20接收到達的電波，對根據(jù)接收到的電波生成的接收信號進行信號處理，并將其分離成與電波到來的方向相應的信號分量。然后，對分離后的信號分量進行相位匹配并合成，再從信號合成部5輸出。對從信號合成部5輸出的合成信號進行解調(diào)及解碼，從而能分析數(shù)據(jù)。在圖1中，省略了接收信號的放大器。

陣列天線20的各個天線1捕捉到達的電波并輸出接收信號。A-D轉(zhuǎn)換部2以比觀測每個天線1的接收信號的對象電波的頻率足夠高的頻率進行取樣，并進行A-D(Analogue to Digital－模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換。A-D轉(zhuǎn)換部2是將接收信號從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的連續(xù)離散轉(zhuǎn)換部。頻率檢測部3對A-D轉(zhuǎn)換后的信號進行例如高速傅立葉轉(zhuǎn)換，并檢測接收信號的頻率(載波頻率)。

若將陣列天線20的天線1的個數(shù)設為M個，將接收信號的頻率設為f，則接收信號Y(t)能以如下述那樣的時間t的函數(shù)來表述。此處，如矢量X那樣，矢量用字母的大寫字母來表示，將矢量X的第i個要素用x[i]來表示。此處，z[i]、i＝1,2,...,m是復振幅，Z是M維的復振幅的矢量。j是虛數(shù)單位。

Y(t)＝(y[1](t),y[2](t),...y[m](t))

＝(z[1],z[2],...z[m])·exp(j2πft)

＝Z·exp(j2πft) (1)

此處，雖然對接收信號進行了取樣，但是視為沒有因取樣導致原始信號和特性發(fā)生變化，作為時間上連續(xù)的信號來表示。

稀疏信號處理部4在頻率檢測部3檢測出的頻率的電波是從指定的各個方位到來時，生成用于表示陣列天線20的各天線1的接收信號的相位的基準矢量。例如，根據(jù)頻率與陣列天線20中天線1的間隔，計算每個指定方位有電波到來時各天線1的相位差，將帶有相位差的各天線1的信號序列設為該方位的基準矢量。

例如，在陣列天線20中，將各天線1全部配置在一條直線上，其間隔設為L。將電波的到來方向的方位角與配置天線的直線所構(gòu)成的角度設為θAZ，將垂直于陣列天線20的方向與電波的到來方向所構(gòu)成的角度設為θEL，則基準矢量A(θAZ,θEL)如下述進行表示。另外，將光速設為c。

其中，

每隔與指定的分辨率對應的刻度確定方位角和仰角，生成N個方位角和仰角的組合。將第i個組合中的方位角設為θAZ[i]，仰角設為θEL[i]。若將各方位的基準矢量A[i]＝A(θAZ[i],θEL[i])匯總后得到基準矩陣[A]，則表示如下。由于基準矢量A[i]為M維，因此基準矩陣[A]為M行N列的矩陣。

[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°為一個刻度將θAZ確定為0°、±10°、±20°、±30°、…、90°，例如以10°為一個刻度將θEL確定為0°、±10°、±20°、±30°以及±40°。對于θAZ和θEL的組合，根據(jù)式(2)和式(3)來定義1個基準矢量。

若縮小方位的差，則相應地提高多路徑的分辨率。若縮小方位的差，則基準矢量的數(shù)量變多，相應地運算量也增大。若利用電波監(jiān)視裝置監(jiān)視的電波的頻率已確定，則可以預先生成基準矢量并加以保持。

稀疏信號處理部4使用上述的基準矢量，計算出陣列天線20接收到的接收信號用按照分量從大到小的順序排列的有限個基準矢量的線性和來表示的情況下的基準矢量系數(shù)(系數(shù)矢量)。系數(shù)矢量表示到來的電波的每個方位的強度。例如，系數(shù)矢量的各要素按照要素的絕對值從大到小地求出，要素的絕對值小于閾值的要素則不進行計算。

接收信號y(t)用每個方位的基準矢量A(θAZk,θELk)乘以系數(shù)s[k](t)后得到的和來表示。若將匯總了s[k](t)得到的矢量設為系數(shù)矢量S(t)，則系數(shù)矢量S(t)表示如下。此處，u[i]、i＝1,2,...,N是復振幅，U是N維的復振幅的矢量。

S(t)＝(s[1](t),s[2](t),…，s[N](t))

＝(u[1],u[2],…,u[N])·exp(j2πft)

＝U·exp(j2πft) (5)

在陣列天線20的接收信號矢量Y(t)和系數(shù)矢量S(t)之間存在以下關(guān)系。此處，N(t)是表示各天線1接收到的噪聲的矢量。矢量N是表示噪聲的復振幅的矢量N。

Y(t)＝[A]·S(t)+N(t) (6)

Z＝[A]·U+N (7)

這種情況下能求出單一頻率的信號時的關(guān)系式。在調(diào)制波的情況下，雖然存在多個頻率信號，但是對于調(diào)制波所要考慮的每個頻率f，以下關(guān)系式成立。

Y(t,f)＝[A(f)]·S(t,f)+N(t) (8)

Z(f)＝[A(f)]·U(f)+N (9)

在計算系數(shù)矢量時，使用稀疏信號分解的算法。例如，能夠使用對基準矢量逐個重復選擇進行信號分解的Matching pursuits(MP：匹配追蹤)。作為稀疏信號分解的算法，除MP以外，也可以使用正交Matching Pursuits(OMP)、Basis Pursuits Denoising(BPDN：基礎追蹤去噪)、Block Coordinate Relaxation(BCR：塊坐標松弛)等。

在如上所述求得的系數(shù)矢量中不為0的要素就是電波到來的方位。利用稀疏信號處理部4能夠按照到來的每個方位分離信號。分離后的每個方位的信號即方位信號的大小用復振幅的絕對值來表示。另外，分離后的各個方位信號的相位差是復振幅的相位的差。

信號合成部5使用稀疏信號處理部4求得的相位差，將經(jīng)過稀疏信號處理部4分離后的方位信號的相位匹配并合成。即，將分離后的信號錯開各自的相位差，乘以各個系數(shù)并相加。由于對每個到來方位的相位進行匹配并合成，因此信號能得到加強并能提高接收信號的增益。

圖2是示出發(fā)送信號與包含多徑波的接收信號的關(guān)系的示意圖。包含多徑波的接收信號中合成了直接波和經(jīng)過各種反射的路徑而到達的反射波(延遲波)。因此，路徑不同的信號相互增強或者相互減弱，與發(fā)送信號相比，接收信號具有被干擾的波形。

圖3是示出實施方式1所涉及的信號處理前后的接收信號的示意圖。在實施方式1的電波監(jiān)視裝置10中，利用稀疏信號處理將圖2所示的多徑波的接收信號分到每個到來方位，分離成直接波和反射波。在該階段中，在直接波與各反射波之間存在相位差。若通過相位匹配來進行合成，則能得到如圖3的右邊的波形所示的接近于增益提高后的發(fā)送信號的波形。

圖4是示出實施方式1所涉及的信號處理的動作的一個示例的流程圖。如上所述，A-D轉(zhuǎn)換部2對每個天線1的接收信號進行A-D轉(zhuǎn)換(步驟S11)。頻率檢測部3對接收信號的頻率進行檢測(步驟S12)。稀疏信號處理部4在利用頻率檢測部3檢測出的頻率下，生成陣列天線20的每個指定方位的天線圖案即基準矢量。并且，對接收信號進行稀疏信號分解，計算基準矢量的系數(shù)，將接收信號分離至每個方位，對分離后的每個方位的信號的相位進行計算(步驟S14)。

信號合成部5使用稀疏信號處理部4求得的相位差，對稀疏信號處理部4分離后的每個方位的信號的相位進行匹配并進行合成(步驟S15)。

如上所述，根據(jù)本實施方式1的電波監(jiān)視裝置10，利用稀疏信號處理對每個指定方位的到來電波進行分離，并進行相位匹配來合成，因此能夠提高接收信號的增益。其結(jié)果，即使接收信號電平降低也能夠?qū)邮招盘栠M行解調(diào)。

實施方式2.

圖5是示出本發(fā)明的實施方式2所涉及的電波監(jiān)視裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。在實施方式2中，將接收信號轉(zhuǎn)換成適合信號處理的中間頻率(下轉(zhuǎn)換)。在A-D轉(zhuǎn)換部2之后，對轉(zhuǎn)換成中間頻率的接收信號進行處理。實施方式2的電波監(jiān)視裝置10在陣列天線20與A-D轉(zhuǎn)換部2之間具備頻率轉(zhuǎn)換部6。其他結(jié)構(gòu)與實施方式1的電波監(jiān)視裝置10相同。圖5也省略了放大器。

實施方式2的電波監(jiān)視裝置10利用頻率轉(zhuǎn)換部6將從陣列天線20輸出的接收信號轉(zhuǎn)換成中間頻率。頻率轉(zhuǎn)換部6將利用本機振蕩器(未圖示)產(chǎn)生的頻率的信號與接收信號混合，獲得中間頻率的信號。用于轉(zhuǎn)換成中間頻率的本機振蕩器所產(chǎn)生的信號的頻率也可以根據(jù)要監(jiān)視的對象的頻率進行變更。

A-D轉(zhuǎn)換之后，除了對轉(zhuǎn)換成中間頻率后的接收信號進行處理以外，與實施方式1相同。即，A-D轉(zhuǎn)換部2為每一個天線1都進行對頻率轉(zhuǎn)換后的接收信號的A-D轉(zhuǎn)換。頻率檢測部3檢測頻率轉(zhuǎn)換后的頻率，稀疏信號處理部4對中間頻率的接收信號進行稀疏信號分解，將接收信號分離至每個方位，還求出相位。信號合成部5將分離后的中間頻率的信號的相位加以匹配并進行合成。

根據(jù)實施方式2的電波監(jiān)視裝置10，由于將接收信號轉(zhuǎn)換成中間頻率并進行信號處理，因此能夠降低取樣頻率。其結(jié)果，A-D轉(zhuǎn)換之后的處理變得容易。此外，雖然在圖1和圖5中沒有示出濾波器，但是能夠提高電波監(jiān)視的頻率選擇性。

本發(fā)明在不脫離其廣義精神和范圍的情況下可以采用各種實施方式及變形。另外，上述實施方式僅用來對本發(fā)明進行說明，而不對本發(fā)明的范圍進行限定。即，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求的范圍來表示，而不由實施方式來表示。并且，在專利權(quán)利要求的范圍內(nèi)及與其同等發(fā)明意義的范圍內(nèi)所實施的各種變形也視為包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)

本申請基于2014年6月2日提出申請的日本專利申請?zhí)卦?014－113838號。本說明書中參照并引入日本專利申請?zhí)卦?014-113838號的說明書、權(quán)利要求書及全部附圖。

標號說明

1 天線，

2 A-D轉(zhuǎn)換部，

3 頻率檢測部，

4 稀疏信號處理部，

5 信號合成部，

6 頻率轉(zhuǎn)換部，

10 電波監(jiān)視裝置，

20 陣列天線。