JP2009047535A - Angle measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、到来する複数の電波の到来方向を測角する測角装置に関するものである。 The present invention relates to an angle measuring device that measures the direction of arrival of a plurality of incoming radio waves.
移動体通信やレーダ、ソナーなどでは、同一周波数帯に混信する複数の電波の到来方向をそれぞれ分離して高精度に測角することが重要である。従来の測角方式としてはMUSIC(MUltiple SIgnal Classification)方式やESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)方式が提案されていた。さらに、MUSIC方式より演算負荷が少なく、ESPRIT方式よりアレーアンテナの配列などの特性に制約が少ないVESPA(Virtual ESPRIT Algorithm)方式が提案されている(例えば、特許文献1および非特許文献1参照)。
In mobile communication, radar, sonar, etc., it is important to measure the angle of arrival with high accuracy by separating the directions of arrival of a plurality of radio waves interfering with the same frequency band. As a conventional angle measurement method, a MUSIC (Multiple Signal Classification) method and an ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Innovation Techniques) method have been proposed. Furthermore, a VESPA (Virtual ESPRIT Algorithm) system has been proposed that has a smaller computational load than the MUSIC system and less restrictions on characteristics such as the array antenna array than the ESPRIT system (see, for example,
VESPA方式を採用した測角装置は、複素ゲインパターンが既知なセンサ素子、空間フィルタ、測角処理手段、および測角値を出力する手段を備える。そして、到来波は、センサ素子により観測され、空間フィルタでフィルタリングされる(例えば、非特許文献2参照)。測角処理手段は、空間フィルタの出力を用いて、空間フィルタの処理に依存する測角処理で到来波の入射角度を推定する。 The angle measuring device adopting the VESPA system includes a sensor element having a known complex gain pattern, a spatial filter, an angle measurement processing means, and a means for outputting an angle measurement value. And an incoming wave is observed by a sensor element, and is filtered by a spatial filter (for example, refer nonpatent literature 2). The angle measurement processing means uses the output of the spatial filter to estimate the incident angle of the incoming wave by angle measurement processing that depends on the processing of the spatial filter.
しかし、従来の測角装置では、干渉波を抑圧してから測角処理を行うために、全てのセンサ素子の複素ゲインパターンを事前に計測し既知である必要がある。 However, in the conventional angle measuring device, in order to perform angle measurement processing after suppressing the interference wave, it is necessary to measure and know in advance the complex gain patterns of all the sensor elements.
この発明の目的は、必ずしも全てのセンサ素子の複素ゲインパターンが既知でなくてもマルチパス波を除去してから測角処理を行える測角装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an angle measuring device capable of performing angle measuring processing after removing a multipath wave even if complex gain patterns of all sensor elements are not necessarily known.
この発明に係る測角装置は、到来波を受信し観測情報として出力する複数のセンサ素子と、上記複数のセンサ素子の一部または全体からの観測情報を合成し合成情報として出力する複数の合成手段と、上記合成情報をガイディングセンサとして用いるVESPA処理により到来波の入射角度を推定するVESPA測角処理手段と、を備える。 The angle measuring device according to the present invention combines a plurality of sensor elements that receive incoming waves and output them as observation information, and a plurality of combinations that combine observation information from a part or all of the plurality of sensor elements and output as combined information Means, and VESPA angle measurement processing means for estimating the incident angle of the incoming wave by VESPA processing using the synthesized information as a guiding sensor.
この発明に係る測角装置の効果は、合成手段から出力されるガイディングセンサを用いて所定の到来波を抑圧するとき合成手段の処理で用いるセンサ素子のみ複素ゲインパターンが既知である必要があるので、従来の測角装置のように全てのセンサ素子について複素ゲインパターンが既知である必要があるのに対し、複素ゲインパターンが既知であるセンサ素子の数を削減することができることである。 The effect of the angle measuring device according to the present invention is that the complex gain pattern needs to be known only for the sensor elements used in the processing of the synthesizing unit when the predetermined arrival wave is suppressed using the guiding sensor output from the synthesizing unit. Therefore, the complex gain pattern needs to be known for all sensor elements as in the conventional angle measuring device, whereas the number of sensor elements whose complex gain pattern is known can be reduced.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る測角装置の構成図の一例である。
この発明の実施の形態1に係る測角装置は、複素ゲインパターンが既知なN個のセンサ素子11〜1N、複素ゲインパターンが未知なL個のセンサ素子51〜5L、合成手段としてのQ個の空間フィルタ21〜2Q、VESPA方式による測角処理手段としてのVESPA測角処理部6、測角値を出力する測角値出力手段としての測角値出力部4を備える。
FIG. 1 is an example of a configuration diagram of an angle measuring device according to
Angle measuring device according to the first embodiment of the invention, the complex gain pattern known as
複素ゲインパターンが既知なセンサ素子11〜1Nは、到来波の観測情報yL+1〜yM(M=N+L)を得る。
また、複素ゲインパターンが未知なセンサ素子51〜5Lは、到来波の観測情報y1〜yLを得る。以下、観測情報を式(1)で表す観測情報ベクトルyで表す。
Moreover, the complex gain pattern
複素ゲインパターンが既知なセンサ素子11〜1Nの得た到来波の観測情報yL+1〜yMは、空間フィルタ21〜2Qに送られる。
空間フィルタ21〜2Qは、非特許文献2に記載されている一般的なフィルタリングを行う。
Observation information y L + 1 to y M of the incoming wave obtained by the
The
空間フィルタ21〜2Qでの処理は、ディジタル処理とアナログ処理のどちらを採用しても良い。フィルタ係数ベクトルは、所定の到来波の入射角度に対して、複数のセンサ素子による合成複素ゲインパターンのヌルを作るように設定し、フィルタ係数は、各空間フィルタ21〜2Qで異なる特性のものを用いる。
このようなフィルタ係数ベクトルの具体例は、所定の到来波のみを観測した場合のMUSIC法などで用いる雑音固有ベクトルである。このとき空間フィルタ2q(qは1〜Qの整数)が使用するフィルタ係数ベクトルwqは式(2)で表される。
Either digital processing or analog processing may be adopted as processing in the
A specific example of such a filter coefficient vector is a noise eigenvector used in the MUSIC method or the like when only a predetermined incoming wave is observed. At this time, the filter coefficient vector w q used by the spatial filter 2 q (q is an integer of 1 to Q ) is expressed by Expression (2).
複素ゲインパターンが既知なセンサ素子11〜1Nの得た到来波の観測情報yL+1〜yMおよび複素ゲインパターンが未知なセンサ素子51〜5Lの得た到来波の観測情報y1〜yLは、VESPA測角処理部6に送られる。
また、空間フィルタ21〜2Qの出力x1〜xQは、VESPA測角処理部6に送られる。
Observation information y L + 1 to y M of arrival waves obtained by
Further, the
次に、VESPA測角処理部6での処理について説明する。
VESPA測角処理部6は、空間フィルタ21〜2Qの出力x1〜xQをガイディングセンサとして、観測情報y1〜yMに対してVESPA方式による測角処理を行う。
VESPA測角処理部6は、ガイディングセンサとして空間フィルタ21〜2Qの出力x1〜xQを用いて、式(3)で表される行列Ri,jを算出する。なお、4次キュムラントcum[z1,z2,z3,z4]は式(4)で定義される。また、E[ ]は式(5)で示すよう平均操作を表し、Sはz1、z2、z3、z4のサンプル数、z1(i)はz1の第i番目のサンプルである。また、iとjはそれぞれがガイディングセンサの番号を表し、*は複素共役、Hは複素共役転置を表す。
Next, processing in the VESPA angle
VESPA
VESPA
VESPA測角処理部6は、ガイディングセンサがQ個存在しているので、式(6)で表す行列Cを式(7)で表す固有値行列Λと式(8)で表す固有ベクトルEで展開する。ここで、λmは、固有値(m=1、2、・・・、(Q×M))、emは、固有ベクトルである。
Since there are Q guiding sensors, the VESPA angle
空間フィルタ21〜2Qで抑圧されない到来波がK波ある場合、固有値λmは式(9)の性質が存在する。ここで|λm|は固有値λmの絶対値を表す。
When the incoming wave that is not suppressed by the
固有値λk(k=1、2、・・・、K)に対応する固有ベクトルekを式(10)のようにQ個のM×K行列E(バー)q(q=1、2、・・・、Q)に等分割する。 The eigenvector e k corresponding to the eigenvalue λ k (k = 1, 2,..., K) is expressed by Q M × K matrices E (bars) q (q = 1, 2,. • Divide equally into Q).
空間フィルタ2iの出力xiと空間フィルタ2j(i、jは1〜Qの整数)の出力xjをガイディングセンサとして測角する場合、式(11)の関係から行列Ψi,jを推定する。 Output x i and a spatial filter 2 j of the spatial filter 2 i (i, j is an integer of 1 to Q) when the angle measuring an output x j as Guiding sensor matrix from the relationship of formula (11) Ψ i, j Is estimated.
ここで、行列Ψi,jの推定には最小二乗法(Least Square Method)や総合最小二乗法(Total Least Square Method)などを用いることができる。
行列Ψi,jを式(12)のように式(13)で表す固有値行列Φi,jと式(14)で表す固有ベクトルTi,jに展開する。なお、ここでφi,j,k(k=1、2、・・・、K)は固有値であり、ti,j,kは固有ベクトルである。
Here, for estimation of the matrix Ψ i, j, a least square method, a total least square method, or the like can be used.
The matrix Ψ i, j is expanded into an eigenvalue matrix Φ i, j represented by the expression (13) and an eigenvector T i, j represented by the expression (14) as in the expression (12). Here, φ i, j, k (k = 1, 2,..., K) are eigenvalues, and t i, j, k are eigenvectors.
固有値φi,j,kと到来波kの入射角度θkには式(15)の関係が存在するため、固有値φi,j,kから到来波kの入射角度θkが推定できる。なお、Fi(θk)は式(16)で求められる。 Because eigenvalues phi i, j, the incident angle theta k of k and arriving wave k is that there is relationship of equation (15), the eigenvalues phi i, j, incident angle theta k incoming waves k from k can be estimated. Note that F i (θ k ) is obtained by Expression (16).
ここで、arg(z)は複素数zの位相値、gm(θ)は観測情報ymに対応するセンサ素子の入射角度θに対する複素ゲイン、λは到来波の波長、ξ(θ)は入射角度θに対応する単位ベクトル、pmは観測情報ymに対応するセンサ素子の座標ベクトルを表す。
ガイディングセンサを3つ以上使用する場合は、各ガイディングセンサ間で推定した角度値を統合可能である。
Here, arg (z) is the phase value of a complex number z, g m (θ) is the complex gain for the incident angle theta of the sensor element corresponding to the monitoring information y m, lambda is the wavelength of the incoming waves, ξ (θ) of incidence unit vector corresponding to the angle theta, p m denotes the coordinate vector of the sensor element corresponding to the monitoring information y m.
When three or more guiding sensors are used, angle values estimated between the guiding sensors can be integrated.
この発明の実施の形態1に係る測角装置は、空間フィルタ21〜2Qの出力x1〜xQをガイダンスセンサとして使用するので、参考文献1(E.Gonen著、外1名、「Beamspace virtual−ESPRIT」、the Twenty−Ninth Asilomar Conference 1995、1995年10月、vol.1、pp.454−457)に示されるビームスペースVESPAによる測角方式と明確に差異がある。
Since the angle measuring device according to the first embodiment of the present invention uses the outputs x 1 to x Q of the
同一のフィルタ係数を適用するセンサ素子を違えるフィルタ係数ベクトルを用いることも考えられる。全センサ素子の数Mが4の場合を例に示すと、式(17)と式(18)のようなフィルタ係数ベクトルが考えられる。ここで、γ1、γ2、γ3は零でない任意の係数である。 It is also conceivable to use different filter coefficient vectors for different sensor elements to which the same filter coefficient is applied. For example, when the number M of all sensor elements is 4, filter coefficient vectors such as Expression (17) and Expression (18) can be considered. Here, γ 1 , γ 2 , and γ 3 are arbitrary coefficients that are not zero.
式(17)と式(18)のようなフィルタ係数ベクトルは、センサ素子が直線状に等間隔で存在する場合に使用しやすい。 Filter coefficient vectors such as Expression (17) and Expression (18) are easy to use when the sensor elements exist in a straight line at equal intervals.
ところで、VESPA測角処理部6で用いることができないガイディングセンサの組合せはフィルタ係数が式(19)のように複素数z倍となる場合である。
By the way, a combination of guiding sensors that cannot be used by the VESPA angle
ただし、所定の到来波の入射角度が一意に定められない場合、複数のセンサ素子による合成複素ゲインパターンにおける特定の入射角度にヌルを形成することが有効でないこともある。センサ素子の近傍に所定の到来波の発生源が存在するような場合など、到来波の入射角度が角度帯に分布して定義される場合である。
しかし、このような到来波も空間フィルタで抑圧可能であることは、よく知られている。一つの具体例としては、MUSIC法などで用いる雑音固有ベクトルをフィルタ係数ベクトルに設定することが挙げられる。
また、2波の完全相関波を抑圧する場合、2波の受信電力を等しくし、位相を反転させて合成するというフィルタ係数ベクトルを使用することがある。このようなことからも、到来波を抑圧する空間フィルタが複素ゲインパターンにヌルを形成する処理に限定されないことが分かる。
However, when the incident angle of a predetermined incoming wave is not uniquely determined, it may not be effective to form a null at a specific incident angle in a combined complex gain pattern by a plurality of sensor elements. This is a case where incident angles of incoming waves are defined by being distributed in an angle band, for example, when a source of a predetermined incoming wave exists in the vicinity of the sensor element.
However, it is well known that such incoming waves can be suppressed by a spatial filter. As a specific example, a noise eigenvector used in the MUSIC method or the like is set as a filter coefficient vector.
Also, when suppressing two completely correlated waves, a filter coefficient vector may be used in which the received power of the two waves is made equal and the phases are inverted and combined. This also shows that the spatial filter that suppresses the incoming wave is not limited to the process of forming nulls in the complex gain pattern.
空間フィルタ21〜2Qで所定の到来波を抑圧するには、複素ゲインパターンが既知のセンサ素子11〜1Nの観測情報yL+1〜yMのみを用いることが有効である。
しかし、空間フィルタ21〜2Qで用いる観測情報を複素ゲインパターンが既知のセンサ素子11〜1Nに限るものではなく、例えば、複素ゲインパターンが未知のセンサ素子であっても複素ゲインパターンに生じている誤差が小さければ、所定の到来波を十分に抑圧し得る。抑圧し得る複素ゲインパターンの小さな誤差としては、増幅器の温度特性による微小な変化などが挙げられる。
また、空間フィルタ21〜2Qで複数のセンサ素子の観測情報を合成することで複素ゲインパターンに生じている誤差の影響を平均化することも期待できる。
全センサ素子の複素ゲインパターンが未知であっても、参考文献4(E.Gonen著、外2名、「Application of Cumulants to Array Processing−Part IV:Direction Finding in Coherent Signals Case」、IEEE TRANSACTION ON SIGNAL PROCESSING、IEEE、1997年9月、VOL.45、NO.9、pp.2265−2276)などに示されるVESPA処理を拡張したEVESPA(Extended VESPA)処理により推定した複素ゲインパターンを用いることで所定の到来波を抑圧可能である。EVESPA処理で用いる情報は、VESPA処理においても算出されるものである。
In order to suppress a predetermined incoming wave by the
However, the observation information used in the
It can also be expected that the influence of errors occurring in the complex gain pattern is averaged by combining the observation information of the plurality of sensor elements by the
Even if the complex gain patterns of all the sensor elements are unknown, Reference Document 4 (E. Gonnen, two others, “Application of Cumulants to Array Processing-Part IV: Direction Finding in Coherent Signals Case”, IEEE NON TRANS ACT LON PROCESSING, IEEE, September 1997, VOL.45, NO.9, pp. 2265-2276), etc., is used to expand a predetermined gain by using a complex gain pattern estimated by VESPA (Extended VESPA) processing that is an extension of VESPA processing shown in FIG. Incoming waves can be suppressed. Information used in the EVESPA process is also calculated in the VESPA process.
このような理由から、図2のように全てのセンサ素子の複素ゲインパターンが未知のセンサ素子51〜5Lである場合や、図3のように全てのセンサ素子の複素ゲインパターンが既知であるセンサ素子11〜1Nである場合にも本発明は適用可能である。
For this reason, when the complex gain patterns of all sensor elements are
この発明の実施の形態1に係る測角装置では、空間フィルタ21〜2Qから出力されるガイディングセンサを用いて所定の到来波を抑圧するとき空間フィルタ21〜2Qの処理で用いるセンサ素子のみ複素ゲインパターンが既知である必要があるので、従来の測角装置のように全てのセンサ素子について複素ゲインパターンが既知である必要があるのに対し、複素ゲインパターンが既知であるセンサ素子の数を削減することができる。
In angle measuring device according to the first embodiment of the present invention is used in the processing of the
なお、この発明の実施の形態1の測角装置では、FIRフィルタなどで所定の到来波の信号周波数または周波数帯を抑圧するような処理を採用することも可能である。ICA(Independent Conponent Analysis)などを用いて、所定の到来波の信号を分離することも可能である。 In the angle measuring device according to the first embodiment of the present invention, it is also possible to employ a process for suppressing the signal frequency or frequency band of a predetermined incoming wave with an FIR filter or the like. It is also possible to separate a signal of a predetermined incoming wave using ICA (Independent Component Analysis) or the like.
実施の形態2.
この発明の実施の形態1に係るVESPA測角処理部6では、Q個のガイディングセンサを用いた4次キュムラントの行列Ri,jから行列Cを固有値行列Λと固有ベクトルEに展開したが、この発明の実施の形態2に係るVESPA測角処理部6では、1個のガイディングセンサの4次キュムラントの行列Ri,1からの式(20)に示す行列C’を式(21)で表す特異値行列Σ、式(22)で表す左特異ベクトルU、式(23)で表す右特異ベクトルVに展開する。ここで、σm(m=1〜M)は、特異値であり、umは左特異ベクトル、vmは右特異ベクトルである。また、Hは複素共役転置を表す。
In the VESPA angle
なお、式(20)において、行列Ri,jをRi,1に限定して示しているが、jに対応するガイディングセンサはx1、・・・、xQのどれを選択しても構わない。
なお、式(24)のような行列C”を測角処理に用いることもできるが、自明であるため、説明を省略する。なお、U’は式(25)で表す左特異ベクトル、V’は式(26)で表す右特異ベクトルである。
In the equation (20), the matrix R i, a j are shown as being limited to R i, 1, Guiding sensor corresponding to the j selects which of x 1, ···, x Q It doesn't matter.
Note that although the matrix C ″ as in the equation (24) can be used for the angle measurement process, the description is omitted because it is obvious. U ′ is the left singular vector represented by the equation (25), V ′. Is a right singular vector represented by Equation (26).
空間フィルタで抑圧されない到来波がK波ある場合、特異値σmは式(27)の性質が存在する。ここで|σm|は特異値σmの絶対値を表す。 When the incoming wave that is not suppressed by the spatial filter is a K wave, the singular value σ m has the property of Equation (27). Here, | σ m | represents the absolute value of the singular value σ m .
特異値σkに対応する左特異ベクトルuk(k=1、2、…、K)を式(28)のようにQ個のM×K行列U(バー)q(q=1、2、…、Q)に等分割する。 The left singular vector u k (k = 1, 2,..., K) corresponding to the singular value σ k is expressed by Q M × K matrices U (bars) q (q = 1, 2, ..., equally divided into Q).
空間フィルタ2iの出力xiと空間フィルタ2jの出力xjをガイディングセンサとして測角する場合、式(29)の関係から行列Ψ’i,jを推定する。 When you angle measuring an output x j of the output x i and a spatial filter 2 j of the spatial filter 2 i as guiding sensor matrix from the relationship of formula (29) Ψ 'i, estimates the j.
ここで、行列Ψ’i,jの推定の方法は実施の形態1における行列Ψi,jの推定と同様であるので説明は省略する。
行列Ψ’i,jを式(30)のように式(13)で表す固有値行列Φi,jと式(31)に表す固有ベクトルT’i,jに展開する。ここで、t’i,j,k(k=1、2、…、K)は固有ベクトルである。
Here, the estimation method of the matrix Ψ ′ i, j is the same as that of the matrix Ψ i, j in the first embodiment, so that the description thereof is omitted.
The matrix Ψ ′ i, j is expanded into an eigenvalue matrix Φ i, j represented by the expression (13) and an eigenvector T ′ i, j represented by the expression (31) as in the expression (30). Here, t ′ i, j, k (k = 1, 2,..., K) is an eigenvector.
固有値φi,j,k(k=1、2、…、K)と到来波kの入射角度θkには式(15)の関係が存在するため、固有値φi,j,kから到来波kの入射角度θkが推定できる。 Since the relationship of the equation (15) exists between the eigenvalue φ i, j, k (k = 1, 2,..., K) and the incident angle θ k of the incoming wave k , the incoming wave is derived from the eigenvalue φ i, j, k. The incident angle θ k of k can be estimated.
この発明の実施の形態2に係る測角装置では、空間フィルタ21〜2Qから出力されるガイディングセンサを用いて所定の到来波を抑圧するとき空間フィルタ21〜2Qの処理で用いるセンサ素子のみ複素ゲインパターンが既知である必要があるので、従来の測角装置のように全てのセンサ素子について複素ゲインパターンが既知である必要があるのに対し、複素ゲインパターンが既知であるセンサ素子の数を削減することができる。
In angle measuring device according to the second embodiment of the present invention is used in the processing of the
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態3に係る測角装置の構成図の一例である。
実施の形態1および2に係る空間フィルタでは所定の到来波の入射角度が既知であるか、または所定の到来波のみを観測した事前情報を得ているが、このような事前方法を用いる測角処理が実施できない場合も考えられる。
この発明の実施の形態3に係る測角装置は、実施の形態1に係る測角装置に空間フィルタ更新処理部7を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
空間フィルタ更新処理部7では、測角値出力部4の出力を受けて、空間フィルタ21〜2Qのフィルタ係数ベクトルを更新する。
空間フィルタ更新処理部7は、空間フィルタ21〜2Qにそれぞれ初期値として式(32)に示すベクトル要素のみに1、他のベクトル要素に0を持つフィルタ係数ベクトルwqを設定する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is an example of a configuration diagram of an angle measuring device according to Embodiment 3 of the present invention.
In the spatial filters according to the first and second embodiments, the incident angle of a predetermined incoming wave is known, or prior information obtained by observing only the predetermined incoming wave is obtained. Angle measurement using such a prior method There may be a case where the processing cannot be performed.
The angle measuring device according to the third embodiment of the present invention is the same as the angle measuring device according to the first embodiment except that a spatial filter update processing unit 7 is added to the angle measuring device according to the first embodiment. Reference numerals are added and description is omitted.
The spatial filter update processing unit 7 receives the output of the angle measurement
The spatial filter update processing unit 7 sets a filter coefficient vector w q having 1 as the initial value and only 0 as the other vector element in the
式(32)に示すフィルタ係数ベクトルを設定すると、図4の測角装置は従来のVESPA測角装置として動作する。そして、従来のVESPA測角処理の測角値を基に、空間フィルタ更新処理部7で空間フィルタ21〜2Qのフィルタ係数ベクトルを更新する。空間フィルタ更新処理部7では、複数のセンサ素子による合成複素ゲインパターンの特定の入射角度にヌルを持つフィルタ係数ベクトルを設定したり、到来波を1波ずつに分離するフィルタ係数ベクトルを設定したり、空間フィルタ21〜2Qの個数Qを変更したり等の処理を行う。
When the filter coefficient vector shown in Expression (32) is set, the angle measuring device of FIG. 4 operates as a conventional VESPA angle measuring device. Then, the spatial filter update processing unit 7 updates the filter coefficient vectors of the
フィルタ係数ベクトルの算出には参考文献2(K.Takao著、外2名、「An Adaptive Antenna Array under Directional constraint」、IEEE TRANSACTION ON ANTENNAS AND PROPAGATION、1976年9月、vol.AP−24、no.5、pp.662−669)などに示されるDCMP(Directionally Constrained Minimization of Power)に記載のアルゴリズムなどを用いる。 Reference 2 (K. Takao, et al., “An Adaptive Antenna Array Directional Constraint”, IEEE TRANSACTION ON ANTENNAS AND PROPAGATION, 1976, September, 1976. 5, pp. 662-669) and the like described in DCMP (Directly Constrained Minimization of Power).
実施の形態4.
図5は、この発明の実施の形態4に係る測角装置の構成図である。
この発明の実施の形態4に係る測角装置は、この発明の実施の形態1に係る測角装置の複素ゲインパターンが既知なセンサ素子11〜1Nの代わりに複素ゲインパターンにヌルを持つ第2センサ素子81〜8Nを備え、第2センサ素子81〜8Nの複素ゲインパターンに存在するヌルを所定の到来波に向けるセンサ素子制御処理部9を追加し、空間フィルタ21〜2Qを省略したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
FIG. 5 is a block diagram of an angle measuring device according to
The angle measuring device according to the fourth embodiment of the present invention has a null in the complex gain pattern instead of the
第2センサ素子81〜8Nは、電気的には固定の複素ゲインパターンのヌルが向く方向を第2センサ素子81〜8Nを機械的に首を振ることにより変えられる機械的センサ素子である。
センサ素子制御処理部9は、第2センサ素子81〜8Nを機械的に首を振って複素ゲインパターンに存在するヌルを所定の到来波の方向に向ける。
第2センサ素子81〜8Nでは、複素ゲインパターンに存在するヌルが向けられた到来波を抑圧した観測情報として得られる。そして、得られた観測情報はVESPA測角処理部6に送られるので、VESPA測角処理部6での測角処理でのガイディングセンサとして用いることができる。
The
The sensor element control processing unit 9 mechanically swings the
In the
なお、第2センサ素子81〜8Nは、可変バラクタダイオード付寄生素子を有するアンテナなどの複素ゲインパターンに任意のヌルを形成できる電気的センサ素子であっても良く、その場合、センサ素子制御処理部9は、第2センサ素子81〜8Nの電気的状態を変化して複素ゲインパターンに存在するヌルを所定の到来波の方向に向ける。
The
実施の形態5.
図6は、非特許文献1に記載の測角装置を影響が無視できない不動物体の近傍に設置した様子を示す図である。
非特許文献1に記載のVESPA方式の測角装置では、相関性の到来波の分離推定を行うときに、測角精度の劣化を生じることがある。例えば、測角装置10を設置するとき、設置条件の制約により、影響が無視できない不動物体11が存在する場合である。このような場合、到来波の入射角度に依存せず、不動物体11の方位からマルチパス波が到来するものと見なせる。従来の測角装置10では、VESPA測角処理を採用していたとしても、全センサ素子の複素ゲインパターンが既知であるか、全センサ素子の複素ゲインパターンに存在するヌルを不動物体11の方位へ向けるかしなければ、マルチパス波の影響を無視できなかった。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the angle measuring device described in
In the VESPA angle measuring device described in
また、参考文献3(E.Gonen著、外2名、「Applications of Cumulants to Array Processing−Part IV:Direction Finding in Coherent Signals Case」、IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING、1997年9月、VOL.45、NO.9、pp.2265−2276)に記載されるEVESPA(Extended VESPA)方式のように、複素ゲインパターンが一致するガイディングセンサを直線状に等間隔で複数個並べるなど、センサ素子に対する大きな制約がある。 Reference 3 (E. Gonen, two others, “Applications of Cumulants to Array Processing-Part IV: Direction Finding in Coherent Signals Cases, 1997,” .9, pp. 2265-2276), there are significant restrictions on the sensor elements, such as arranging a plurality of guiding sensors with matching complex gain patterns in a straight line at regular intervals. is there.
この発明に係る測角装置であれば、図6のような場所に設置しても、一部のセンサ素子さえ複素ゲインパターンが既知であれば空間フィルタにおける干渉波抑圧効果により、マルチパス波の影響を無視でき、VESPA方式の測角処理が不得手とする相関性到来波の分離推定が可能である。 If the angle measuring device according to the present invention is installed in a place as shown in FIG. 6, if even some sensor elements have a known complex gain pattern, the interference wave suppression effect in the spatial filter can reduce the multipath wave. The influence can be neglected, and it is possible to separate and estimate the correlated incoming waves, which are not good at the VESPA angle measurement process.
11〜1N センサ素子、21〜2Q 空間フィルタ、4 測角値出力部、51〜5L センサ素子、6 VESPA測角処理部、7 空間フィルタ更新処理部、81〜8N 第2センサ素子、9 センサ素子制御処理部、10 測角装置、11 不動物体、x1〜xQ (空間フィルタからの)出力、y1〜yM 観測情報。 1 1 to 1 N sensor element, 2 1 to 2 Q spatial filter, 4 angle measurement value output unit, 5 1 to 5 L sensor element, 6 VESPA angle measurement processing unit, 7 spatial filter update processing unit, 8 1 to 8 N Second sensor element, 9 sensor element control processing unit, 10 angle measuring device, 11 inanimate object, x 1 to x Q (from spatial filter) output, y 1 to y M observation information.
Claims (6)
上記複数のセンサ素子の一部または全体からの観測情報を合成し合成情報として出力する複数の合成手段と、
上記合成情報をガイディングセンサとして用いるVESPA処理により到来波の入射角度を推定するVESPA測角処理手段と、
を備えることを特徴とする測角装置。 A plurality of sensor elements that receive incoming waves and output them as observation information;
A plurality of combining means for combining observation information from a part or all of the plurality of sensor elements and outputting the combined information;
VESPA angle measurement processing means for estimating an incident angle of an incoming wave by VESPA processing using the composite information as a guiding sensor;
An angle measuring device comprising:
複素ゲインパターンに存在するヌルが所定の到来波に向くように調整されて該所定の到来波が抑圧された観測情報を出力する複数の第2センサ素子と、
上記第2センサ素子からの観測情報をガイディングセンサとして用いるVESPA処理により到来波の入射角度を推定するVESPA測角処理手段と、
を備えることを特徴とする測角装置。 A plurality of first sensor elements that receive incoming waves and output them as observation information;
A plurality of second sensor elements that output observation information in which the null existing in the complex gain pattern is adjusted to be directed to a predetermined incoming wave and the predetermined incoming wave is suppressed;
VESPA angle measurement processing means for estimating an incident angle of an incoming wave by VESPA processing using observation information from the second sensor element as a guiding sensor;
An angle measuring device comprising:
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015117972A (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Processing apparatus and processing method |
WO2017006415A1 (en) * | 2015-07-06 | 2017-01-12 | 三菱電機株式会社 | Direction finder |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000131411A (en) * | 1998-08-21 | 2000-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | Apparatus and method for measuring angle |
JP2002368663A (en) * | 2001-06-05 | 2002-12-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Adaptive antenna system |
JP2003222666A (en) * | 2002-01-31 | 2003-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | Angle measuring device, angle measuring method and program |
JP2003222665A (en) * | 2002-01-31 | 2003-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | Device and method for detecting orientation |
JP2003270316A (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-25 | Mitsubishi Electric Corp | Angle measuring instrument, angle measuring method, and program |
JP2004150842A (en) * | 2002-10-29 | 2004-05-27 | Mitsubishi Electric Corp | Angle measuring method and its apparatus |
JP2004257761A (en) * | 2003-02-24 | 2004-09-16 | Toshiba Corp | Radar signal processing device and method |
JP2005121581A (en) * | 2003-10-20 | 2005-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | Radar device |
-
2007
- 2007-08-20 JP JP2007213526A patent/JP5116402B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000131411A (en) * | 1998-08-21 | 2000-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | Apparatus and method for measuring angle |
JP2002368663A (en) * | 2001-06-05 | 2002-12-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Adaptive antenna system |
JP2003222666A (en) * | 2002-01-31 | 2003-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | Angle measuring device, angle measuring method and program |
JP2003222665A (en) * | 2002-01-31 | 2003-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | Device and method for detecting orientation |
JP2003270316A (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-25 | Mitsubishi Electric Corp | Angle measuring instrument, angle measuring method, and program |
JP2004150842A (en) * | 2002-10-29 | 2004-05-27 | Mitsubishi Electric Corp | Angle measuring method and its apparatus |
JP2004257761A (en) * | 2003-02-24 | 2004-09-16 | Toshiba Corp | Radar signal processing device and method |
JP2005121581A (en) * | 2003-10-20 | 2005-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | Radar device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015117972A (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | Processing apparatus and processing method |
WO2017006415A1 (en) * | 2015-07-06 | 2017-01-12 | 三菱電機株式会社 | Direction finder |
JPWO2017006415A1 (en) * | 2015-07-06 | 2017-09-14 | 三菱電機株式会社 | Detecting device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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