阅读说明：本技术 角度误差检测装置 (Angle error detection device ) 是由 小林薰 大西直树 于 2019-07-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种角度误差检测装置,可实时地掌握伴随和信号或差信号穿过信号线路的相位的变化,并进行修正,所述和信号或差信号用于检测用于追踪接收的天线的角度误差。在检测相对于天线(11)的正面方向的来自追踪对象(8)的频率信号的接收方向的角度误差的角度误差检测装置(12)中,导频信号供给部(35a、35b)使相位已一致的导频信号与被朝向信号线路(33a、33b)输出的和信号及差信号分别进行重叠,导频相位差检测部(43)检测穿过了各信号线路(33a、33b)的导频信号的相位差,通过修正部(44)来进行和信号或差信号的修正。角度误差检测部(42)根据经修正的和信号、差信号的其中一侧与未被修正的另一侧,检测所述角度误差。(The invention provides an angle error detection device, which can grasp the phase change of a signal line along with a sum signal or a difference signal for detecting the angle error of an antenna for tracking and receiving in real time and correct the change. In an angle error detection device (12) for detecting an angle error in the reception direction of a frequency signal from a tracking target (8) with respect to the front direction of an antenna (11), pilot signal supply units (35a, 35b) superimpose pilot signals having the same phase on sum and difference signals output to signal lines (33a, 33b), respectively, a pilot phase difference detection unit (43) detects the phase difference of the pilot signals passing through the signal lines (33a, 33b), and a correction unit (44) corrects the sum or difference signal. An angle error detection unit (42) detects the angle error on the basis of one of the corrected sum signal and difference signal and the other uncorrected signal.)

角度误差检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测相对于追踪对象的天线的角度误差的技术及角度误差检测装置。

背景技术

在接收作为从通信卫星等追踪对象中输出的频率信号的通信信号的接收系统中，有着：可根据检测相对于天线的正面方向的通信信号的接收方向的偏离(角度误差)的结果，以使通信信号的接收方向与天线的正面方向一致的方式而改变天线的方向的接收系统(追踪接收系统)。

作为角度误差的检测方法，已知有单脉冲测角法，所述单脉冲测角法求出已由设置在天线内的配置位置不同的两个开口部(第一接收部、第二接收部)分别接收的通信信号的振幅差，并根据所述振幅差来求出角度误差。

在所述单脉冲测角法中，使用已由第一接收部接收的通信信号A与已由第二接收部接收的通信信号B的和信号A+B、及差信号A－B，来进行求出角度误差的计算。

另一方面，在追踪接收系统中，并不总是可以将进行角度误差的计算的运算器配置在天线的附近位置，例如，存在必须将所述天线与运算器配置在相隔几十米～几百米的位置的情况。

在此情况下，已在天线侧获得的和信号、差信号，经由包含通信电缆等的信号线路(和信号用信号线路、差信号用信号线路)而被供给至运算器侧。

但是，若这些信号线路的长度未严密地一致，则在和信号与差信号之间形成相位差，成为阻碍正确的角度误差的算出的因素。另外，通信电缆的劣化的程度的差异或配置有通信电缆的空间的温度的差异等，也成为在和信号与差信号之间形成相位差的因素。

此处，在专利文献1、专利文献2中记载有如下的技术：针对发送和信号或差信号的各信号线路(在专利文献1中记载为“接收通道”，在专利文献2中记载为“系统”)，将导频信号(pilot signal)与所述和信号或差信号切换来供给，并根据检测穿过了不同的信号线路的导频信号的相位差的结果，来进行和信号或差信号的修正。

但是，在所述专利文献1、专利文献2中，并没有记载：不进行和信号·差信号与导频信号的切换，实时地检测由各信号线路所引起的相位差，并将其有效地用于修正的技术。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特表昭56-500394号公报：权利要求1、权利要求8，第四栏第二十行～第六栏第四行，第一图

[专利文献2]日本专利特开2010-66069号公报：权利要求1、权利要求5，段落0024～段落0033

发明内容

[发明所要解决的问题]

本发明是在此种情况下而完成，其目的在于，提供一种角度误差检测装置，所述角度误差检测装置可实时地掌握伴随和信号或差信号穿过信号线路(和信号用信号线路、差信号用信号线路)的相位的变化，并进行修正，所述和信号或差信号用于检测用于追踪接收的天线的角度误差。

[解决问题的技术手段]

本发明的角度误差检测装置，根据由天线的第一接收部接收来自追踪对象的频率信号所得的第一接收信号、与由天线内的接收位置不同于所述第一接收部的第二接收部接收来自追踪对象的频率信号所得的第二接收信号的相位差，以检测相对于所述天线的正面方向的所述频率信号的接收方向的角度误差，所述角度误差检测装置包括：

接收信号输出部，将根据所述第一接收信号及第二接收信号所求出的和信号与差信号，分别朝向和信号用信号线路及差信号用信号线路进行输出；

导频信号供给部，使相位已一致的导频信号与被朝向和信号用信号线路及差信号用信号线路输出的和信号及差信号，分别进行重叠；

导频相位差检测部，从穿过了所述和信号用信号线路的信号、及穿过了差信号用信号线路的信号中，分别分离出导频信号，并检测这些经分离的导频信号的相位差；

修正部，对于经由所述和信号用信号线路及差信号用信号线路所获得的和信号、差信号的其中一侧，进行与由所述导频相位差检测部所检测到的导频信号的相位差对应的修正；以及

角度误差检测部，根据已由所述修正部修正的和信号、差信号的其中一侧与未被修正的另一侧，检测所述角度误差。

所述角度误差检测装置也可以包括以下的结构。

(a)来自所述追踪对象的信号是由载波进行了调制的信号，所述角度误差检测装置包括：和差信号解调部，所述和差信号解调部对经由所述和信号用信号线路或差信号用信号线路所获得的和信号、差信号进行正交解调，并分别获取这些和信号及差信号的同相成分(I成分)、正交成分(Q成分)，所述相位差检测部根据和差信号内积矢量的虚部的值来检测所述角度误差。采用将所述I成分设为复平面(complex plane)上的实部、将Q成分设为虚部来进行复矢量(complex vector)表示的所述差信号与和信号的内积，来获得所述和差信号内积矢量。

(b)在(a)中，所述角度误差检测装置包括：导频信号解调部，所述导频信号解调部对所述经分离的导频信号进行正交解调，并分别获取穿过了所述和信号用信号线路或差信号用信号线路的导频信号的同相成分(I'成分)、正交成分(Q'成分)，所述修正部根据导频信号内积矢量来进行所述和信号、差信号的其中一侧的修正。采用将所述I'成分设为复平面上的实部、将Q'成分设为虚部来进行复矢量表示的穿过了所述和信号用信号线路的导频信号与穿过了所述差信号用信号线路的导频信号的内积，来获得所述导频信号内积矢量。此处，所述修正部使与所述导频信号内积矢量共轭的共轭矢量与经所述复矢量表示的差信号相乘，由此进行所述差信号的修正；或者，所述修正部使所述导频信号内积矢量与经所述复矢量表示的和信号相乘，由此进行所述和信号的修正。

(c)来自所述追踪对象的频率信号的频率在事先设定的频率范围内变化，所述导频信号具有如下的频率，所述频率是用于去除所述和信号或差信号以外的不需要的频率成分的带通滤波器的通带内的频率，且为已从根据所述频率范围内的频率信号所获得的和信号或差信号的频率范围偏离的频率。

[发明的效果]

根据本发明，使导频信号与用于检测角度误差的和信号或差信号重叠后，朝向信号线路(和信号用信号线路、差信号用信号线路)进行输出，并且，将穿过了这些信号线路的导频信号进行分离来进行相位差的检测，因此，可实时地掌握由穿过信号线路所引起的和信号、差信号间的相位的变化，并进行修正。

附图说明

图1是包括实施方式的角度误差检测装置的追踪接收系统的结构图。

图2是表示比较方式的角度误差检测装置的结构例的框图。

图3是表示比较方式的角度误差检测装置内的信号处理块(block)的结构的说明图。

图4是求出角度误差的方法的说明图。

图5是表示实施方式的角度误差检测装置的结构例的框图。

图6是表示和信号、差信号的频率范围与导频信号的频率的关系的说明图。

图7是表示实施方式的角度误差检测装置内的信号处理块的结构的说明图。

图8是修正由穿过信号线路所引起的误差的方法的说明图。

图9是表示另一实施方式的角度误差检测装置内的信号处理块的结构的说明图。

[符号的说明]

1：追踪接收系统

11：天线

12、12a：角度误差检测装置

2a：第一接收部

2b：第二接收部

21、22：加法部

3、3a：接收信号输出部

33a：和信号用信号线路(信号线路)

33b：差信号用信号线路(信号线路)

41：和差信号解调部

411：频率振荡部

42：角度误差检测部

43：导频信号解调部

44：相位差检测修正部

44a：相位差检测部

44b：差信号修正部

44c：和信号修正部

8：追踪对象

具体实施方式

图1表示包括本发明的实施方式的角度误差检测装置的追踪接收系统1的结构例。

所述追踪接收系统1包括：天线11，接收已从追踪对象中输出的通信信号(频率信号)；天线驱动机构15，使所述天线11的方向变化；角度误差检测装置12，根据已从天线11获取的通信信号的和信号及差信号，检测相对于天线11的正面方向的通信信号的接收方向的偏离(角度误差)；追踪控制部13，根据由角度误差检测装置12所检测到的角度误差，求出天线11的驱动方向或驱动量；以及天线驱动部14，根据由追踪控制部13所决定的驱动方向或驱动量，进行天线驱动机构15的驱动控制。

图2表示应用本发明之前的比较方式的角度误差检测装置12a的结构例。另外，申请人并没有发现与图2中所示的角度误差检测装置12a对应的现有技术。因此，将图2中记载的角度误差检测装置12a作为“比较方式”来对待，并不意味着将此技术自认为现有技术。

例如，图2中所示的追踪对象8输出了频率在事先设定的频率范围内进行变化的通信信号。所述通信信号包含：由具有所述频率范围内的频率的载波进行了调制的基带信号、以及脉冲信号。

天线11包括：接收位置互不相同的第一接收部2a、第二接收部2b。当进行方位方向的测角时，第一接收部2a、第二接收部2b在横方向上被配置在不同的位置，当进行高度方向的测角时，第一接收部2a、第二接收部2b在高度方向上被配置在不同的位置。

已由这些第一接收部2a、第二接收部2b接收的通信信号A、通信信号B，经由例如设置在天线11侧的加法部21、22，分别作为和信号A+B、差信号A－B而被输出。

另外，在图2、图5所示的例子中，对在天线11侧获得和信号、差信号的情况进行了说明，但获得这些信号的加法部21、22也可以设置在角度误差检测装置12a、12侧。

角度误差检测装置12a包括：接收信号输出部3a，设置有对不需要的成分进行滤波的接收滤波器31a、31b，或将滤波后的和信号、差信号放大的自动增益控制器(AutomaticGain Controller，AGC)32a、32b；以及信号处理块4a，设置有进行角度误差的检测的角度误差检测部42。

接收信号输出部3a与信号处理块4a之间，通过和信号穿过的和信号用信号线路33a、及差信号穿过的差信号用信号线路33b来进行连接。

图2中所示的信号处理块4a包括：和差信号解调部41，对和信号、差信号进行正交解调；以及角度误差检测部42，根据对这些和信号、差信号进行解调的结果，求出角度误差Δθ。

图3表示设置在信号处理块4a的和差信号解调部41及角度误差检测部42的具体的结构的一例。在对图3的结构进行说明之前，一边参照图4，一边对使用所述信号处理块4a来求出角度误差的方法进行说明。

图4表示复平面，粗实线的矢量A+B表示：对经由和信号用信号线路33a所获得的和信号进行正交解调，并将其同相成分(I(In-phase)成分)设为复平面上的实部、将正交成分(Q(Quadrature-phase)成分)设为虚部来进行复矢量表示的结果。另外，细实线的矢量A－B表示：对经由差信号用信号线路33b所获得的差信号进行正交解调，同样地将I成分设为实部、将Q成分设为虚部来进行复矢量表示的结果。

当将复矢量A+B的偏角设为θ₊，将复矢量A－B的偏角设为θ_-时，通过求出这些偏角的差值Δθ(＝θ_-－θ₊)，可确定天线11的角度误差Δθ。

此处，下述复矢量A+B、复矢量A－B的内积由下述(1)式表示，通过所述内积所获得的复矢量(和差信号内积矢量)的偏角由(2)式表示。

[数学式1]

[数学式2]

而且，当θ足够小时，sinθ≒θ，与(1)式的虚部之间Δθ∝(I1Q2－I2Q1)的关系成立。

图3的和差信号解调部41包括：频率振荡部411，输出与载波的频率对应的频率信号(例如余弦波)；以及相位旋转器412，获得使所述频率信号的相位前进了90°的频率信号(例如正弦波)。

乘法器413a使经由和信号用信号线路33a所获得的和信号与来自频率振荡部411的频率信号相乘，并通过低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)414a来去除不需要的成分，由此取出I成分(I1)。另外，乘法器413b使所述和信号与通过相位旋转器412使相位前进了90°的频率信号相乘，并通过LPF 414b来去除不需要的成分，由此取出Q成分(Q1)。

同样地，乘法器413c使经由差信号用信号线路33b所获得的差信号与来自频率振荡部411的频率信号相乘，并通过LPF 414c来去除不需要的成分，由此取出I成分(I2)。另外，乘法器413d使所述差信号与通过相位旋转器412使相位前进了90°的频率信号相乘，并通过LPF 414d来去除不需要的成分，由此取出Q成分(Q2)。

角度误差检测部42使用和信号的I1、Q1，差信号的I2、Q2，根据利用图4所说明的想法，求出作为(1)式的虚部的值亦即“I1Q2－I2Q1”。即，通过乘法器421b所获得的“I1Q2”与通过乘法器421a所获得的“I2Q1”的差值，被从加法器422输出。

而且，若在系数乘法器423中乘以将所述差值转换成实际的角度误差的事先设定的转换系数，则可获得角度误差，所述角度误差是相对于天线11的正面方向的通信信号的接收方向的偏离量。

以上，使用图2、图3所说明的角度误差检测装置12a(信号处理块4a)，在经由和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b所获取的和信号、差信号的相位关系维持与从接收信号输出部3a中输出的和信号、差信号的相位关系相同的状态的情况下，可获得正确的角度误差。

换言之，若在穿过这些信号线路33a、33b的期间内，产生和信号或差信号的相位的偏离，则存在无法获得正确的角度误差的担忧。

关于此点，如上所述，这些信号线路33a、33b包括例如长度为几十米～几百米的通信电缆，存在因两者的通信电缆的长度未严密地一致、或者劣化的程度或配置环境的温度不同，而在和信号、差信号穿过这些信号线路33a、33b时产生相位的偏离的情况。

因此，本例的角度误差检测装置12具备如下的功能：使导频信号与被朝向和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b输出之前的和信号、差信号进行重叠，对于已从和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b中被取出的导频信号的相位差进行比较，并利用经检测的相位差对和信号、差信号的其中一侧(图7所示的例子中为差信号)进行修正。

以下，一边参照图5～图8，一边对使用导频信号的相位差的检测、及修正的方法进行说明。另外，在以下所说明的图5、图7、图9中，对与使用图2、图3所说明的构成元件相同的构成元件，赋予与图2、图3中所使用的符号相同的符号。

在图5所示的角度误差检测装置12中，接收信号输出部3包括：导频信号振荡部34，用于供给作为导频信号的频率信号；以及加法部35a、35b，用于使已从所述导频信号振荡部34供给的导频信号，与被朝和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b输出之前的和信号、差信号进行重叠。

导频信号振荡部34及加法部35a、35b，相当于本例的导频信号供给部。

如图6所示，导频信号具有如下的频率，所述频率位在设置于和差信号解调部41、导频信号解调部43的前段的未图示的模拟滤波器的通带内(图6中记载为“接收滤波器通带”)、且已从根据所述的频率在事先设定的频率范围内变化的通信信号所获得的和信号或差信号的频率范围(图6中记载为“和差信号频率范围”)偏离。

就使用设置在后段的和差信号解调部41的LPF 414a～LPF 414d来去除导频信号的观点而言，优选的是，导频信号的频率具有比和差信号频率范围高的频率。

另外，优选的是，将导频信号的信号电平，抑制成和信号或差信号的接收特性不会劣化的程度的强度。

对和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b，分别输出了重叠有所述导频信号的和信号、差信号。

另外，在经由和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b而获取重叠有导频信号的和信号、差信号的信号处理块4中，除了所述的和差信号解调部41、角度误差检测部42以外，还设置有导频信号解调部43及相位差检测修正部44。

导频信号解调部43、相位差检测修正部44具备如下的功能：取出已与和信号、差信号重叠的导频信号，检测由穿过和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b所引起的相位的偏离，并进行修正。

在对导频信号解调部43、相位差检测修正部44的具体的结构(图7)进行说明之前，一边参照图8，一边对使用这些导频信号解调部43、相位差检测修正部44取出导频信号的相位差，并进行修正的方法进行说明。

图8的粗实线的矢量PL₊表示：将与和信号重叠，并穿过了和信号用信号线路33a的导频信号分离后，进行正交解调，将其同相成分(I'成分)设为复平面上的实部、将正交成分(Q'成分)设为虚部来进行复矢量表示的结果。另外，细实线的矢量PL_-表示：将与差信号重叠，并穿过了差信号用信号线路33b的导频信号分离后，进行正交解调，同样地将I'成分设为实部、将Q'成分设为虚部来进行复矢量表示的结果。

另外，图8中的点划线是采用所述两个的矢量PL₊与矢量PL_-的内积所获得的复矢量(导频信号内积矢量)，由下述(3)式表示。

[数学式3]

进而，当在导频信号的两个的矢量PL₊与矢量PL_-之间产生了相位差时，将所述相位差设为Δθ'。

此时，图8中由虚线表示、且与所述导频信号内积矢量共轭的矢量(由下述(4)式表示)的偏角为－Δθ'((5)式)。

[数学式4]

[数学式5]

因此，当想要通过对差信号侧进行修正来减小所述相位差时，使所述的(4)式中所示的与导频信号内积矢量共轭的矢量与差信号A－B相乘。所述运算的结果所获得的矢量，与相位已与和信号A+B侧一致的差信号(A－B)'成比例((6)式)。

[数学式6]

而且，通过对所述和信号侧与(6)式的矢量，实施使用图3、图4所说明的运算，而可利用相位已一致的和信号A+B、差信号(A－B)'求出正确的角度误差。

图7表示进行所述运算的导频信号解调部43、相位差检测修正部44(相位差检测部44a、差信号修正部44b)的具体的结构的一例。

图7中所示的导频信号解调部43包括：带通滤波器435a、435b，从穿过了和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b的信号中分别取出导频信号；频率振荡部431，对于这些导频信号，输出与载波的频率对应的频率信号(例如余弦波)；以及相位旋转器432，获得使所述频率信号的相位前进了90°的频率信号(例如正弦波)。

乘法器433a使经由带通滤波器435a所分离的和信号侧的导频信号与来自频率振荡部431的频率信号相乘，并通过LPF 434a来去除不需要的成分，由此取出I成分(I1')。另外，乘法器433b使所述和信号侧的导频信号与通过相位旋转器432使相位前进了90°的频率信号相乘，并通过LPF 434b来去除不需要的成分，由此取出Q成分(Q1')。

同样地，乘法器433c使经由带通滤波器435b所分离的差信号侧的导频信号与来自频率振荡部431的频率信号相乘，并通过LPF 434c来去除不需要的成分，由此取出I成分(I2')。另外，乘法器433d使所述差信号侧的导频信号与通过相位旋转器432使相位前进了90°的频率信号相乘，并通过LPF434d来去除不需要的成分，由此取出Q成分(Q2')。

另外，构成相位差检测修正部44的相位差检测部44a进行(3)式的计算来算出导频信号内积矢量，差信号修正部44b进行使差信号乘以与导频信号内积矢量共轭的矢量的(6)式的计算。

详细而言，相位差检测部44a利用乘法器441c来使I1'与I2'相乘，利用乘法器441a来使Q1'与Q2'相乘，并利用加法器442a来将它们的相乘结果相加，由此获得(3)式的实部(I1'I2'+Q1'Q2'＝I”)。另外，利用乘法器441d来使I1'与Q2'相乘，利用乘法器441b来使I2'与Q1'相乘，并利用加法器442b来取得它们的相乘结果的差，由此获得(3)式的虚部(I1'Q2'－I2'Q1'＝Q”)。

继而，差信号修正部44b利用乘法器444c来使差信号侧的I2与已从相位差检测部44a侧输出的I”相乘，利用乘法器444a来使差信号侧的Q2与相位差检测部44a侧的Q”相乘，并利用加法器445a来将它们的相乘结果相加，由此获得(6)式的实部(I2I”+Q2Q”)。另外，利用乘法器444b来使相位差检测修正部44侧的I”与差信号侧的Q2相乘，利用乘法器444d来使差信号侧的I2与相位差检测部44a侧的Q”相乘，并利用加法器445b来取得它们的相乘结果的差，由此获得(6)式的虚部(I”Q2－I2Q”)。

使用通过相位差检测修正部44所获得的(6)式的运算结果(实部、及虚部的值)，并通过角度误差检测部42来进行(1)式的计算，由此可获得和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b内所产生的相位的偏离部分经修正的角度误差。

根据本实施方式的角度误差检测装置，具有以下的效果。使导频信号与用于检测角度误差的和信号或差信号重叠后，朝信号线路(和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b)输出，并将穿过了这些信号线路33a、33b的导频信号分离来进行相位差的检测，因此，可实时地掌握由穿过信号线路33a、33b所引起的和信号、差信号间的相位的变化，并进行修正。

此处，利用穿过了和信号用信号线路33a，差信号用信号线路33b的导频信号的相位差Δθ'进行修正的对象，并不限定于差信号侧。

例如，也可以进行与下述(7)式对应的运算来代替所述的(6)式，由此进行和信号侧的修正。

[数学式7]

图9表示执行对和信号侧进行修正的所述运算时的信号处理块4'的具体的结构的一例。图9中所示的和差信号解调部41、导频信号解调部43、相位差检测部44a的结构，与使用图7所说明的信号处理块4的情况相同。

另一方面，在和信号修正部44c中，利用乘法器444a来使和信号侧的I1与已从相位差检测部44a侧输出的I”相乘，利用乘法器444c来使和信号侧的Q1与相位差检测部44a侧的Q”相乘，并利用加法器445b来将它们的相乘结果相减，由此获得(7)式的实部(I1I”－Q1Q”)。另外，利用乘法器444d来使相位差检测修正部44侧的I”与和信号侧的Q1相乘，利用乘法器444b来使和信号侧的I1与相位差检测部44a侧的Q”相乘，并利用加法器445a来将它们的相乘结果相加，由此获得(7)式的虚部(I”Q1+I1Q”)。

而且，在图9中，使用通过相位差检测修正部44(相位差检测部44a、和信号修正部44c)所获得的(7)式的运算结果(实部、及虚部的值)，并通过角度误差检测部42来进行(1)式的计算，由此也可以获得和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b内所产生的相位的偏离部分经修正的角度误差。

以上，对利用对于和信号或差信号、穿过了和信号用信号线路33a或差信号用信号线路33b的导频信号的正交解调的结果来检测正确的角度误差的方法进行了说明，但此方法并不限定于所述实施方式。

例如，也可以使用相位比较器进行分别穿过了和信号用信号线路33a、差信号用信号线路33b的导频信号的相位比较，并求出其相位差，来对和信号A+B＝Σ、差信号A－B的任一个进行修正。然后，也可以利用如下的公知的技术来求出角度误差，所述公知的技术利用使差信号A－B＝Δ的相位旋转90°(乘以－j)，－jΔ/Σ变成与角度误差Δθ大致成比例的值。

另外，本发明的角度误差检测装置的应用对象，并不限定于通信用的追踪接收系统。例如，也可以将本发明的角度误差检测装置设置在雷达系统内。在此情况下，追踪对象变成探查目标，来自追踪对象的频率信号变成对探查对象照射频率信号而被反射的信号。