JP6482372B2 - Angle measuring device, angle measuring method and angle measuring program - Google Patents
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Description
この発明は、未知の電波源から送出された電波の到来方向を測角する測角装置、測角方法及び測角プログラムに関するものである。 The present invention relates to an angle measuring device, an angle measuring method, and an angle measuring program for measuring an arrival direction of a radio wave transmitted from an unknown radio source.
以下の特許文献１には、未知の電波源から送出された電波を受信する複数の素子アンテナと、素子アンテナにより受信された電波を復調して、その電波の受信信号を出力する複数の受信機と、ＭＵＳＩＣ法などの測角アルゴリズムを実施することで、複数の受信機より出力された受信信号から、電波の到来方位を推定するデータ処理部とを備えた測位装置が開示されている。
従来の測角装置は以上のように構成されているので、アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合、未知の電波源から送出された電波の到来方向を測角できなくなることがあるという課題があった。
近年、アレーアンテナの小型・軽量・広帯域化が求められており、小型・軽量・広帯域化を優先すると、複数の素子アンテナのアンテナパターンの電気的特性を均一に維持することが難しくなる。このため、アレーパターンにリップルが生じてしまうことがある。
Since the conventional angle measuring device is configured as described above, the electrical characteristics of the antenna patterns of the plurality of element antennas constituting the array antenna are not uniform, and ripples are generated in the array pattern. There is a problem that it is sometimes impossible to measure the direction of arrival of radio waves transmitted from a radio wave source.
In recent years, there has been a demand for smaller, lighter, and wider band antennas. If priority is given to smaller, lighter, and wider band antennas, it becomes difficult to maintain the electrical characteristics of the antenna patterns of a plurality of element antennas uniformly. For this reason, ripples may occur in the array pattern.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の素子アンテナのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合でも、未知の電波源の方位を測角することができる測角装置、測角方法及び測角プログラムを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the antenna patterns of a plurality of element antennas have nonuniform electrical characteristics and ripples are generated in the array pattern, an unknown radio wave source An object is to obtain an angle measuring device, an angle measuring method, and an angle measuring program capable of measuring an azimuth.
この発明に係る測角装置は、未知の電波源から送出された電波を受信する複数の素子アンテナと、素子アンテナにより受信された電波を復調して、その電波の受信信号を出力する複数の受信機と、複数の受信機から出力された受信信号と複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、電波源に対する各探索方位のスコアとして、電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出する方位評価関数算出部と、スコア係数が設定されるスコア算出係数設定部と、複数回の方位評価関数算出部による方位評価関数の算出に対し、方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に、方位評価関数算出部により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定し、ピーク値よりスコア算出係数設定部により設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、当該方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと設定された閾値を比較して、スコアが閾値以上の探索方位を特定し、その特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして複数回分積み上げるスコア算出部とを設け、方位候補特定部が、スコア算出部により積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから電波源の方位候補を特定するようにしたものである。 The angle measuring device according to the present invention includes a plurality of element antennas that receive radio waves transmitted from an unknown radio wave source, and a plurality of reception units that demodulate radio waves received by the element antennas and output reception signals of the radio waves. A search direction score with a high possibility that a radio wave source exists as a score of each search direction with respect to the radio wave source using the antenna and the reception signals output from the multiple receivers and the antenna patterns of the multiple element antennas. The azimuth evaluation function calculation unit for calculating the azimuth evaluation function indicating a large score, the score calculation coefficient setting unit for setting the score coefficient , and the calculation of the azimuth evaluation function by a plurality of azimuth evaluation function calculation units, each time the azimuth evaluation function is calculated by the evaluation function calculating unit, a peak value of the score from the score of the plurality of search directions indicated by the orientation evaluation function calculated by the orientation evaluation function calculating unit Identified, only lower score score coefficients set by the score calculation coefficient setting section from the peak value set as a threshold value, by comparing the scores with a threshold set in the plurality of search directions indicated by the orientation evaluation function, the score A search calculation unit that specifies search azimuths that are equal to or greater than a threshold and accumulates the score of the specified search azimuth multiple times as an acquisition score for the search azimuth is provided, and the azimuth candidate identification unit includes a plurality of searches that are stacked by the score calculation unit The direction candidate of the radio wave source is specified from the direction acquisition score.
この発明によれば、複数回の方位評価関数算出部による方位評価関数の算出に対し、方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に、方位評価関数算出部により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定し、ピーク値よりスコア算出係数設定部により設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、当該方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと設定された閾値を比較して、スコアが閾値以上の探索方位を特定し、その特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして複数回分積み上げるスコア算出部を設け、方位候補特定部が、スコア算出部により積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから電波源の方位候補を特定するように構成したので、複数の素子アンテナのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合でも、未知の電波源の方位を測角することができる効果がある。 According to this invention, every time the azimuth evaluation function is calculated by the azimuth evaluation function calculation unit , the azimuth evaluation function calculated by the azimuth evaluation function calculation unit is calculated for the calculation of the azimuth evaluation function by a plurality of azimuth evaluation function calculation units. The peak value of the score is identified from the scores of the plurality of search directions indicated by the function, the score lower than the peak value by the score coefficient set by the score calculation coefficient setting unit is set as the threshold value, and the plurality of searches indicated by the direction evaluation function Comparing the azimuth score with a set threshold, specify a search azimuth with a score greater than or equal to the threshold, and provide a score calculation unit that accumulates the specified search azimuth score as an acquisition score for the search azimuth multiple times. Since the identification unit is configured to identify the radio wave source direction candidates from the acquisition scores of the plurality of search directions accumulated by the score calculation unit, Electrical characteristics of the antenna pattern of the antenna is not uniform, even if the ripple array pattern has occurred, there is an effect capable of angular measuring the orientation of the unknown radio source.
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。 Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による測角装置を示す構成図である。
図１において、移動目標１は未知の電波源であり、図１の測位装置の測角対象である。図１では、移動目標１が飛行機である例を示しており、移動目標１から電波２が送出されている。ただし、移動目標１は、飛行機に限るものではなく、例えば、人工衛星、船舶、車両などでもよい。
アレーアンテナ１１はＭ本の素子アンテナ１１−１，１１−２，・・・，１１−Ｍから構成されており、移動目標１から送出された電波２を受信する。
図１では、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍを直線のリニアアレー状に配置している例を示しているが、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍの配置はリニアアレー状の配置に限るものではなく、例えば、円形アレーの配置や他の任意の配置でも構わない。
FIG. 1 is a block diagram showing an angle measuring device according to
In FIG. 1, a moving
The
FIG. 1 shows an example in which the element antennas 11-1 to 11-M are arranged in a linear linear array, but the arrangement of the element antennas 11-1 to 11-M is not limited to the linear array arrangement. For example, a circular array arrangement or any other arrangement may be used.
受信機１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）は素子アンテナ１１−ｍにより受信された電波に対する一般的な信号受信処理を実施することで、その電波の受信信号ｘｍ（ｔ）を出力する。
信号受信処理としては、例えば、素子アンテナ１１−ｍにより受信された電波の周波数を中間周波数に変換する周波数変換処理、その電波を検波する復調処理、検波された電波をデジタル化するＡ／Ｄ変換処理などが考えられる。
なお、受信機１２−１〜１２−Ｍから出力される受信信号ｘ１（ｔ）〜ｘＭ（ｔ）はデジタル信号であり、ベクトルで表記すると［ｘ１（ｔ） ｘ２（ｔ） … ｘＭ（ｔ）］Ｔのように表される。
ここで、ｔは電波の観測時刻であり、右肩のＴは行列やベクトルの転置を表す記号である。
The receiver 12-m (m = 1, 2,..., M) performs a general signal reception process on the radio wave received by the element antenna 11-m, so that the radio wave received signal x m ( t) is output.
As signal reception processing, for example, frequency conversion processing for converting the frequency of the radio wave received by the element antenna 11-m to an intermediate frequency, demodulation processing for detecting the radio wave, and A / D conversion for digitizing the detected radio wave Processing can be considered.
The received signals x 1 (t) to x M (t) output from the receivers 12-1 to 12 -M are digital signals, and expressed as vectors [x 1 (t) x 2 (t). x M (t)] T
Here, t is a radio wave observation time, and T on the right shoulder is a symbol representing transposition of a matrix or a vector.
素子アンテナパターン記憶部１３は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターン（振幅と位相）を記憶している。
この実施の形態１では、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンは、測角装置を実運用する際に事前に電波暗室で計測されているものとする。あるいは、計算機によってシミュレーションされているものとする。
方探信号処理部１４は素子アンテナ１１−１を位相基準とする電波２の等位相面が、アレー構成面となす角θに応じて生じる素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍの位相差と、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍの振幅パターンとを用いて、受信機１２−１〜１２−Ｍより出力される受信信号ｘ１（ｔ）〜ｘＭ（ｔ）から、未知の電波源である移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎを特定する処理を実施する。
明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字の上に「＾」の記号を付することができないので、θハットのように表記している。
The element antenna
In the first embodiment, it is assumed that the antenna patterns of the element antennas 11-1 to 11-M are measured in advance in an anechoic chamber when the angle measuring device is actually operated. Alternatively, it is assumed that simulation is performed by a computer.
The direction search
In the text of the specification, the symbol “^” cannot be added on the letter because of the electronic application, so it is represented as θ hat.
図２はこの発明の実施の形態１による測角装置の方探信号処理部１４を示す構成図である。
図２において、独立試行実行部２０は共分散行列生成部２１、方位評価関数算出部２２及びスコア算出部２３から構成されており、移動目標１に対する各探索方位θの獲得スコアを算出する処理を実施する。
共分散行列生成部２１は受信機１２−１〜１２−Ｍから受信信号ｘ１（ｔ）〜ｘＭ（ｔ）が出力される毎に、当該受信信号ｘ１（ｔ）〜ｘＭ（ｔ）から共分散行列Ｒを算出する処理を実施する。
FIG. 2 is a block diagram showing the direction finding
In FIG. 2, the independent
The
方位評価関数算出部２２は素子アンテナパターン記憶部１３に記憶されている素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンから、電波２のサーチ用のステアリングベクトルａ（θｋ）を構成し、そのステアリングベクトルａ（θｋ）と共分散行列生成部２１により算出された共分散行列Ｒを用いて、ビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出する処理を実施する。方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）は、移動目標１に対する各探索方位θｋのスコアとして、移動目標１が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す関数である。言い換えると、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）は、移動目標１が存在している方位に近い探索方位ほど、大きなスコアを示す関数である。
The azimuth evaluation
スコア算出部２３はスコア算出係数設定部２４から出力されたスコア係数ｕを入力し、方位評価関数算出部２２により方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が算出される毎に、当該方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す複数の探索方位のスコアのピーク値を特定し、そのピーク値よりスコア係数ｕだけ低いスコアを閾値Ｔｈに設定する処理を実施する。
また、スコア算出部２３は方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す複数の探索方位のスコアと閾値Ｔｈを比較して、スコアが閾値Ｔｈ以上の探索方位を特定し、その特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げる処理を実施する。
スコア算出係数設定部２４は事前にスコア係数ｕが設定され、そのスコア係数ｕをスコア算出部２３に出力する。この実施の形態１では、説明の便宜上、スコア係数ｕが０．５［ｄＢ］に設定されているものとする。
The
Further, the
The score calculation
スコアピーク検出部２５はスコア算出部２３により算出された複数の探索方位の獲得スコアの中から、予め設定された獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出する処理を実施する。
方位推定値候補抽出部２６はスコアピーク検出部２５により検出された獲得スコアに対応する探索方位を、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして出力する処理を実施する。なお、スコアピーク検出部２５及び方位推定値候補抽出部２６から方位候補特定部が構成されている。
The score
The azimuth estimation value
図２の例では、方探信号処理部１４の構成要素である独立試行実行部２０、スコア算出係数設定部２４、スコアピーク検出部２５及び方位推定値候補抽出部２６のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。専用のハードウェアとしては、例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、方探信号処理部１４は、コンピュータで構成されていているものであってもよい。
図３は測角装置の方探信号処理部１４がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
方探信号処理部１４がコンピュータで構成される場合、独立試行実行部２０、スコア算出係数設定部２４、スコアピーク検出部２５及び方位推定値候補抽出部２６の処理内容を記述している測角プログラムをコンピュータのメモリ３１に格納し、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されている測角プログラムを実行するようにすればよい。
図４はこの発明の実施の形態１による測角装置の方探信号処理部１４の処理内容を示すフローチャートである。
In the example of FIG. 2, each of the independent
However, the direction finding
FIG. 3 is a hardware configuration diagram when the direction finding
When the direction finding
FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents of the direction finding
次に動作について説明する。
アレーアンテナ１１を構成している素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍは、移動目標１から送出された電波２を受信する。
受信機１２−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）は、素子アンテナ１１−ｍが電波２を受信すると、その電波に対する一般的な信号受信処理を実施することで、その電波の受信信号ｘｍ（ｔ）を出力する。
これにより、方探信号処理部１４には、受信機１２−１〜１２−Ｍから受信信号ベクトル［ｘ１（ｔ） ｘ２（ｔ） … ｘＭ（ｔ）］Ｔが与えられる。
Next, the operation will be described.
The element antennas 11-1 to 11 -M constituting the
When the element antenna 11-m receives the
Thereby, the received signal vector [x 1 (t) x 2 (t)... X M (t)] T is given to the direction finding
方探信号処理部１４は、測角アルゴリズムの１つであるビームフォーマ法を実施することで、受信信号ベクトル［ｘ１（ｔ） ｘ２（ｔ） … ｘＭ（ｔ）］Ｔから、未知の電波源である移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎを特定する。
以下、方探信号処理部１４による方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎの特定処理を具体的に説明する。
この実施の形態１では、方探信号処理部１４が、測角アルゴリズムとして、ビームフォーマ法を実施する例を説明するが、例えば、ＭＵＳＩＣ法、最尤推定法、ＥＳＰＲＩＴアルゴリズムなどの他の測角アルゴリズムを実施するようにしてもよい。他の測角アルゴリズムを実施する場合でも、後述する方位評価関数の算出方法がビームフォーマ法と異なるだけであり、電波２の到来方位を推定する際に、方位評価関数のピークを検出する処理についてはビームフォーマ法と同一である。
The direction finding
Hereinafter, specific processing of the orientation candidate θ hat kn = 1,..., N by the direction finding
In the first embodiment, an example in which the direction finding
方探信号処理部１４の独立試行実行部２０は、Ｊ回の独立試行を実行するため、独立試行の試行回数を示す変数ｊを１に初期設定するとともに、ビームフォーマ法の方位評価関数の獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）として、下記の式（１）に示すように、各探索方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）を０に初期化する（図４のステップＳＴ１）。
明細書の文章中では、電子出願の関係上、文字の上に「〜」の記号を付することができないので、Ｐチルダのように表記している。
In the text of the specification, because of the electronic application, the symbol “˜” cannot be added on the letter, so it is written as P tilde.
また、独立試行実行部２０は、電波２を探索する空間方位である探索方位と、各探索方位に対する方位インデックスｋを定義し、その方位インデックスｋをｋｓｔａｒｔに初期設定する（ステップＳＴ２）。
電波２を一次元サーチする場合、例えば、θ＝０°〜１８０°の空間方位を１°ステップに分割してサーチすることを想定すると、各方位に対する方位インデックスｋは、ｋｓｔａｒｔ＝０°、ｋｓｔａｒｔ＋１＝１°、・・・、ｋｅｎｄ＝１８０°のように定義される。
また、電波２を二次元サーチする場合、例えば、方位θ＝０°〜３６０°を１°ステップに分割し、仰角φ＝０°〜９０°を１°ステップに分割してサーチすることを想定すると、各方位・仰角に対するインデックスｋは、ｋｓｔａｒｔ「θ＝０°、φ＝0°」、ｋｓｔａｒｔ＋１「θ＝１°、φ＝0°」、・・・、ｋ３６１「θ＝３６０°、φ＝０°」、ｋ３６２「θ＝０°、φ＝１°」、・・・、ｋｅｎｄ「θ＝３６０°、φ＝９０°」のように定義される。
これらのサーチ次元やサーチ方位の分割は、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の計算の細かさに依存するのみであって、測角アルゴリズム本体には計算負荷以外の支障を与えないため、これ以上の具体的な説明は省略する。
Further, the independent
When a one-dimensional search of the
Further, when the
The division of the search dimension and the search direction only depends on the calculation details of the direction evaluation function P BF (θ k ), and the angle measurement algorithm itself has no trouble other than the calculation load. The specific description above is omitted.
独立試行実行部２０の共分散行列生成部２１は、受信機１２−１〜１２−Ｍから受信信号ベクトル［ｘ１（ｔ） ｘ２（ｔ） … ｘＭ（ｔ）］Ｔを受けると、下記の式（２）に示すように、その受信信号ベクトル［ｘ１（ｔ） ｘ２（ｔ） … ｘＭ（ｔ）］Ｔから共分散行列Ｒを算出する（ステップＳＴ３）。
式（２）において、ＳＮＡＰはスナップショット数を示している。式（２）は観測時刻ｔのＡ／Ｄサンプルデータである受信信号ベクトルをＳＮＡＰ数分だけ積分して最終的に平均化することを示している。右肩のＨは、行列やベクトルの複素共役転置を表す記号である。
後で説明するが、ＳＮＡＰ数分のＡ／Ｄサンプルデータを用いて、１つの方位推定値θハットを出力する過程を１独立試行と定義する。したがって、次の独立試行を行う際は、ｔ＝ＳＮＡＰ＋１からのＳＮＡＰ数分のＡ／Ｄサンプルデータを用いて、式（２）の演算を行うことで、共分散行列Ｒを算出することになる。
When the covariance
In equation (2), SNAP represents the number of snapshots. Equation (2) indicates that the received signal vector, which is A / D sample data at the observation time t, is integrated by the number of SNAPs and finally averaged. H on the right shoulder is a symbol representing a complex conjugate transpose of a matrix or vector.
As will be described later, a process of outputting one azimuth estimation value θ hat using A / D sample data corresponding to the number of SNAPs is defined as one independent trial. Therefore, when performing the next independent trial, the covariance matrix R is calculated by performing the calculation of Expression (2) using A / D sample data for the number of SNAPs from t = SNAP + 1. .
独立試行実行部２０の方位評価関数算出部２２は、共分散行列生成部２１が共分散行列Ｒを算出すると、素子アンテナパターン記憶部１３から素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンを読み出し、そのアンテナパターンを用いて、下記の式（３）（４）に示すように、サーチ用のステアリングベクトルａ（θｋ）を構成する（ステップＳＴ４）。
ａｍ（θｋ）＝Ａｍ（θｋ）×ｅｘｐ（ｊφｍ（θｋ）） （３）
ａ（θｋ）＝［ａ１（θｋ） ａ２（θｋ） … ａＭ−１（θｋ） ａＭ（θｋ）］Ｔ （４）
式（３）において、Ａｍ（θｋ）は素子アンテナ１１−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）の方位θｋに対する振幅、φｍ（θｋ）は素子アンテナ１１−ｍの方位θｋに対する位相であり、Ａｍ（θｋ）及びφｍ（θｋ）は素子アンテナ１１−ｍのアンテナパターンから得られる。
The azimuth evaluation
a m (θ k ) = A m (θ k ) × exp (jφ m (θ k )) (3)
a (θ k ) = [a 1 (θ k ) a 2 (θ k )... a M−1 (θ k ) a M (θ k )] T (4)
In Expression (3), A m (θ k ) is the amplitude of the element antenna 11-m (m = 1, 2,..., M) with respect to the direction θ k , and φ m (θ k ) is the element antenna 11-m. The phase with respect to the azimuth θ k of A 2, and A m (θ k ) and φ m (θ k ) are obtained from the antenna pattern of the element antenna 11-m.
方位評価関数算出部２２は、サーチ用のステアリングベクトルａ（θｋ）を構成すると、そのステアリングベクトルａ（θｋ）と共分散行列生成部２１により算出された共分散行列Ｒを用いて、下記の式（５）に示すように、ビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出する（ステップＳＴ５）。
独立試行実行部２０は、ビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出すると、方位インデックスｋがｋｅｎｄに到達（ｋ＝ｋｅｎｄ）したか否か判定する（ステップＳＴ６）。
まだ、方位インデックスｋがｋｅｎｄに到達していなければ（ステップＳＴ６：ＮOの場合）、独立試行実行部２０が方位インデックスｋを１インクリメントして（ステップＳＴ７）、ステップＳＴ３〜ＳＴ６の処理を繰り返し実施する。
一方、全ての方位インデックスｋｓｔａｒｔ〜ｋｅｎｄに対して方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出することで、方位インデックスｋがｋｅｎｄに到達していれば（ステップＳＴ６：ＹＥＳの場合）、ステップＳＴ８の処理に移行する。
After calculating the azimuth evaluation function P BF (θ k ) of the beam former method, the independent
If the orientation index k has not yet reached k end (step ST6: NO), the independent
On the other hand, by calculating the orientation evaluation function P BF (θ k) with respect to all azimuthal index k start to k end The, if the orientation index k reaches the k end The (step ST6: YES), of The process proceeds to step ST8.
この実施の形態１では、詳細は後述するが、独立試行実行部２０のスコア算出部２３が、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す探索方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアと閾値Ｔｈを比較して、スコアが閾値Ｔｈ以上の探索方位θを特定するとともに、その特定した探索方位θのスコアを探索方位θの獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）として積み上げる処理を実施したのち、スコアピーク検出部２５が、積み上げられた獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）の中から、予め設定された獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出し、方位推定値候補抽出部２６が、スコアピーク検出部２５により検出された獲得スコアに対応する方位を、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして出力することを特徴としている。
従来の一般的な測位装置では、スコア算出部２３に相当する処理部が設けられていない。このため、探索方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄにおいて、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が最大となる方位θｍａｘを特定して、その方位θｍａｘを移動目標１の方位の推定値θハットとして出力するようにしている。
単に、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が最大となる方位θｍａｘを移動目標１の方位の推定値θハットとして出力する場合、アレーアンテナを構成している素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合、移動目標１の方位の推定精度が劣化してしまうことがある。以下、方位の推定精度が劣化する理由を説明する。
In the first embodiment, although the details will be described later, the
In a conventional general positioning device, a processing unit corresponding to the
When the azimuth θ max at which the azimuth evaluation function P BF (θ k ) is maximum is output as the estimated value θ hat of the azimuth of the moving
近年、電波環境として、使用周波数の広帯域化や過密化を図りたいという要求がある。また、移動プラットフォームに設置されている測角装置が、違法な電波源を方探できるようにしたいという要求がある。これらの要求から、アレーアンテナの小型・軽量・広帯域化が求められている。
素子アンテナのアンテナパターンを設計する上で、アレーアンテナの小型・軽量・広帯域化を優先すると、複数の素子アンテナのアンテナパターンの電気的特性を均一に維持することが難しくなる。このため、アレーパターンにリップルが生じてしまうことがあり、下記に示すような現象が発生する。
In recent years, there has been a demand for widening and overcrowding the operating frequency as a radio wave environment. There is also a demand for an angle measuring device installed on a mobile platform to be able to search for illegal radio sources. From these demands, array antennas are required to be smaller, lighter and wider.
In designing the antenna pattern of the element antenna, if priority is given to making the array antenna smaller, lighter, and wider, it becomes difficult to maintain uniform electrical characteristics of the antenna patterns of the plurality of element antennas. For this reason, ripples may occur in the array pattern, and the following phenomenon occurs.
図５は８本の素子アンテナ１１−ｍ（ｍ＝１，２，・・・，８）が円形のアレーアンテナを構成し、移動目標１の方位角θを測角する例を示す説明図である。
このときの素子アンテナ１１−１〜１１−８は、図６に示すようなアンテナパターンを有していると仮定する。
図６に示している素子アンテナのアンテナパターンは、円周上で均一ではなく、ピークやヌルなどが細かく繰り返す複雑なリップルを持っている。
方位評価関数算出部２２は、上述したように、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンを用いて、サーチ用のステアリングベクトルａ（θｋ）を構成し、そのステアリングベクトルａ（θｋ）と共分散行列生成部２１により算出された共分散行列Ｒを用いて、ビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出するが、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンが、図６に示すアンテナパターンのように複雑なリップルを有しているために、アレーパターンにリップルが生じている場合、その方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）は、ノイズ状に激しく乱れたものとなる。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example in which the eight element antennas 11-m (m = 1, 2,..., 8) form a circular array antenna and the azimuth angle θ of the moving
The element antennas 11-1 to 11-8 at this time are assumed to have an antenna pattern as shown in FIG.
The antenna pattern of the element antenna shown in FIG. 6 is not uniform on the circumference but has complicated ripples in which peaks and nulls are repeated finely.
Orientation evaluation
図７は方位評価関数算出部２２により算出されたビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の一例を示す説明図である。
特に図７（ａ）は、複数の素子アンテナ１１−ｍのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を示しており、ノイズ状に激しく乱れたものとなっている。
図７（ｂ）は、複数の素子アンテナ１１−ｍのアンテナパターンが均一であって、アレーパターンにリップルが生じていない理想的な状態である場合の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を示している。
この方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の算出においては、受信機１２−ｍのノイズとして、移動目標１から送出される電波２と比較して、−１０ｄＢのガウスランダムノイズを加えている。
方位評価関数算出部２２により算出された方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が、図７（ａ）のようにノイズ状に激しく乱れている場合、その方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のピークを検出する際、ある既定のスレッショルドを設定しても、そのスレッショルドを超えるピークが多数発生してしまうため、移動目標１の方位候補が多数現れてしまうという現象が発生する。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the azimuth evaluation function P BF (θ k ) of the beam former method calculated by the azimuth evaluation
In particular, FIG. 7A shows an azimuth evaluation function P BF (θ k ) when the electrical characteristics of the antenna patterns of the plurality of element antennas 11-m are not uniform and ripples are generated in the array pattern. , It has become violently disturbed like noise.
FIG. 7B shows an azimuth evaluation function P BF (θ k ) when the antenna patterns of the plurality of element antennas 11-m are uniform and no ripple is generated in the array pattern. ing.
In the calculation of this azimuth evaluation function P BF (θ k ), -10 dB Gaussian random noise is added as noise of the receiver 12 -m as compared with the
When the azimuth evaluation function P BF (θ k ) calculated by the azimuth evaluation
図８は測角装置の円形アレーが理想的なアレーパターンを有している場合の円周上の振幅パターン及び位相パターンを示す説明図である。
図９は測角装置の円形アレーがリップルが生じているアレーパターンを有している場合の円周上の振幅パターン及び位相パターンを示す説明図である。
図８に示すように、円周上の振幅パターンが均一であり、位相変化が方位に対して規則的に変化する場合、各素子アンテナ１１−ｍにおける振幅×位相の値を並べたステアリングベクトルは全方位に対して一意に決まる。
これに対して、図９に示すように、円周上の振幅パターンが乱れ、位相変化が方位に対して不規則的に変化する場合、各素子アンテナ１１−ｍにおける振幅×位相の値を並べたステアリングベクトルが同一になる方位が複数発生してしまう現象が発生する。
このような現象が発生すると、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）上では同じ値を取るため、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のピークの中で、そのピークに対応する方位が移動目標１の真の方位であるのかを判定することができないという測角装置の機能・性能上の問題につながる。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an amplitude pattern and a phase pattern on the circumference when the circular array of the angle measuring device has an ideal array pattern.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an amplitude pattern and a phase pattern on the circumference when the circular array of the angle measuring device has an array pattern in which ripples are generated.
As shown in FIG. 8, when the amplitude pattern on the circumference is uniform and the phase change regularly changes with respect to the azimuth, the steering vector in which the value of the amplitude × phase in each element antenna 11-m is arranged is Uniquely determined for all directions.
On the other hand, as shown in FIG. 9, when the amplitude pattern on the circumference is disturbed and the phase change changes irregularly with respect to the azimuth, the value of amplitude × phase in each element antenna 11-m is arranged. A phenomenon occurs in which a plurality of azimuths having the same steering vector occur.
If such a phenomenon occurs, the on orientation evaluation function P BF (θ k) takes the same value, in the peak of the orientation evaluation function P BF (θ k), orientation moving target corresponding to that
仮に、図７（ａ）に示す方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の乱れが、−１０ｄＢのガウスランダムノイズが受信機１２−ｍのノイズとして加えられたことが原因であるとすれば、複数の独立試行を実行して、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の平均値を取れば、上記の問題はいくらか緩和されるはずである。
図１０は独立試行の試行回数を１０回として、１番目から９番目の独立試行の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を時系列順に並べたものを示す説明図である。
図１０を詳しく見ると、各独立試行の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）は、ガウスランダムノイズの影響で微妙に変化するが、大局的には大きく変化せず、どの独立試行においても、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のピークが多数発生している。
したがって、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のピークを検出する際、ある既定のスレッショルドを設定しても、そのスレッショルドを超えるピークが多数発生してしまうため、移動目標１の方位候補が多数現れて、移動目標１の方位候補を一点に定めることが困難である。どの独立試行においても、多数のピークが発生するため、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の平均効果が得られず、どのピークが尤もらしいのかを依然として判断することができない。
If the disturbance of the azimuth evaluation function P BF (θ k ) shown in FIG. 7A is caused by the addition of −10 dB Gaussian random noise as noise of the receiver 12 -m, a plurality of The above problem should be somewhat alleviated by performing independent trials of and taking the average value of the orientation evaluation function P BF (θ k ).
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the azimuth evaluation functions P BF (θ k ) of the first to ninth independent trials arranged in time series in which the number of independent trials is 10.
Looking at FIG. 10 in detail, the azimuth evaluation function P BF (θ k ) of each independent trial slightly changes due to the influence of Gaussian random noise, but does not change greatly globally. Many peaks of the evaluation function P BF (θ k ) are generated.
Accordingly, when detecting a peak of the azimuth evaluation function P BF (θ k ), even if a predetermined threshold is set, a number of peaks exceeding the threshold are generated, so a large number of azimuth candidates for the moving
図１１は１０回の独立試行に対する方位推定値を示す説明図である。
図１１の例では、移動目標１から送出される電波２の到来方向の真値が２６２°と設定しているにもかかわらず、１番目〜１０番目の独立試行の全てにおいて、方位推定値が１５０°になっている。
この現象を詳しく調べるために、１番目〜１０番目の独立試行における方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の実際の値に注目する。
図１２は１０回の独立試行における方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を示す説明図である。
図１２において、三角と実線で示すプロットは、共分散行列Ｒと真の方位に対するステアリングベクトルａ（２６２°）との相関値、即ち、下記の式（６）に示す方位評価関数ＰＢＦ（２６２°）を示したものである。
また、四角と波線で示すプロットは、共分散行列Ｒと誤った方位に対するステアリングベクトルａ（１５０°）との相関値、即ち、下記の式（７）に示す方位評価関数ＰＢＦ（１５０°）を示したものである。
In the example of FIG. 11, although the true value of the arrival direction of the
In order to investigate this phenomenon in detail, attention is paid to the actual value of the azimuth evaluation function P BF (θ k ) in the first to tenth independent trials.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the orientation evaluation function P BF (θ k ) in 10 independent trials.
In FIG. 12, a plot indicated by a triangle and a solid line indicates a correlation value between the covariance matrix R and the steering vector a (262 °) with respect to the true orientation, that is, the orientation evaluation function P BF (262 shown in the following equation (6). °).
Also, the plots shown by squares and wavy lines are the correlation values between the covariance matrix R and the steering vector a (150 °) for the wrong orientation, that is, the orientation evaluation function P BF (150 °) shown in the following equation (7). Is shown.
図１２の例では、１番目〜１０番目の独立試行の全てにおいて、式（６）に示す方位評価関数ＰＢＦ（２６２°）より、式（７）に示す方位評価関数ＰＢＦ（１５０°）の方が必ず大きい。したがって、この方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の最大ピークを抽出すると、１番目〜１０番目の独立試行の全てにおいて、真の方位ではない１５０°が方位推定値θハットとなる。
この誤推定の現象は、１５０°の方位だけではなく、他の誤った方位に対しても同様に起こることが容易に想定される。この場合、真の方位に対する方位評価関数ＰＢＦ（２６２°）のピークが、真の方位ではない他の方位に対応するピークに埋もれて棄却されてしまう可能性がある。これがアレーパターンにリップルが生ずることに起因する方位推定値誤りの現象の過程である。
In the example of FIG. 12, in all of the first to tenth independent trials, the azimuth evaluation function P BF (150 °) shown in Expression (7) is derived from the azimuth evaluation function P BF (262 °) shown in Expression (6). Is always bigger. Therefore, when the maximum peak of this azimuth evaluation function P BF (θ k ) is extracted, 150 ° which is not the true azimuth becomes the azimuth estimated value θ hat in all the first to tenth independent trials.
It is easily assumed that this erroneous estimation phenomenon occurs not only for the 150 ° azimuth but also for other wrong azimuths. In this case, the peak of the azimuth evaluation function P BF (262 °) with respect to the true azimuth may be buried in a peak corresponding to another azimuth that is not the true azimuth and rejected. This is the process of the phenomenon of azimuth estimation error due to the occurrence of ripples in the array pattern.
この実施の形態１では、複数の素子アンテナ１１−１〜１１Ｍのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーパターンにリップルが生じている場合でも、移動目標１の方位を高精度に測角することができるようにするために、スコア算出部２３を設けている。
スコア算出係数設定部２４には、事前にスコア係数ｕとして、この例では０．５［ｄＢ］が設定されており、そのスコア係数ｕがスコア算出部２３に出力される。
独立試行実行部２０のスコア算出部２３は、方位評価関数算出部２２が全ての方位インデックスｋｓｔａｒｔ〜ｋｅｎｄに対して方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出すると、その方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの評価値であるスコアのピーク値を特定する。
スコア算出部２３は、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアのピーク値を特定すると、そのピーク値よりスコア係数ｕだけ低いスコアを閾値Ｔｈに設定する。
In the first embodiment, even when the electrical characteristics of the antenna patterns of the plurality of element antennas 11-1 to 11M are not uniform and ripples are generated in the array pattern, the direction of the moving
In this example, 0.5 [dB] is set as the score coefficient u in advance in the score calculation
When the
スコア算出部２３は、閾値Ｔｈを設定すると、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアと閾値Ｔｈを比較して、スコアが閾値Ｔｈ以上の探索方位θを特定するとともに、閾値Ｔｈ以上のスコアＰチルダＢＦ（θ）を抽出する。
ここで、図１３は独立試行実行部２０のスコア算出部２３により設定された閾値Ｔｈを示す説明図である。
図１３の例では、第ｊ回目〜第（ｊ＋３）回目の独立試行における方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が重ねて描画されており、各方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）において、ピーク値Ｐｍａｘよりスコア係数ｕ［ｄＢ］だけ低いスコアが閾値Ｔｈに設定されている。したがって、スコア算出部２３によって、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアの中から、閾値Ｔｈ以上のスコアＰチルダＢＦ（θ）が抽出される。
この実施の形態１では、説明の便宜上、閾値Ｔｈ以上のスコアとして、Ｎ個のスコアＰチルダＢＦ（θｋｎ＝１，…，Ｎ）が抽出されるものとする。
When the threshold value Th is set, the
Here, FIG. 13 is an explanatory diagram showing the threshold value Th set by the
In the example of FIG. 13, the azimuth evaluation function P BF (θ k ) in the j-th to (j + 3) -th independent trials is drawn in an overlapping manner, and the peak value in each azimuth evaluation function P BF (θ k ). A score lower than Pmax by a score coefficient u [dB] is set as the threshold Th. Therefore, the
In the first embodiment, for convenience of explanation, it is assumed that N scores P tilde BF (θkn = 1,..., N ) are extracted as scores equal to or higher than the threshold Th.
スコア算出部２３は、スコアが閾値Ｔｈ以上の探索方位θを特定して、Ｎ個のスコアＰチルダＢＦ（θｋｎ＝１，…，Ｎ）を抽出すると、下記の式（８）に示すように、それぞれ抽出したスコアＰチルダＢＦ（θｋｎ＝１，…，Ｎ）を、その探索方位θの獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）として、それぞれ積み上げる処理を行う（ステップＳＴ８）。
例えば、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）が０であるとき、方位がθ２のスコアＰチルダＢＦ（θ2ｎ＝１）と、方位がθＭ−１のスコアＰチルダＢＦ（θM-1ｎ＝２）とが抽出された場合、方位θ２の獲得スコアＰチルダＢＦ（θ２）が０＋ＰチルダＢＦ（θ2ｎ＝１）に更新され、方位θＭ−１の獲得スコアＰチルダＢＦ（θＭ−１）が０＋ＰチルダＢＦ（θM-1ｎ＝２）に更新される。
なお、方位θ２，方位θＭ−１以外の方位の獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）は０が維持される。
When the
For example, when the acquired score P tilde BF (θ) for the azimuth θ start to θ end is 0, the score P tilde BF (θ 2 n = 1 ) for the azimuth θ 2 and the score P tilde for the azimuth θ M−1. When BF (θM−1 n = 2 ) is extracted, the acquisition score P tilde BF (θ 2 ) of the azimuth θ 2 is updated to 0 + P tilde BF (θ2 n = 1 ) to acquire the azimuth θ M−1 . The score P tilde BF (θ M−1 ) is updated to 0 + P tilde BF (θM−1 n = 2 ).
Note that the acquired score P tilde BF (θ) of the azimuth other than the azimuth θ 2 and the azimuth θ M−1 is maintained at 0.
独立試行実行部２０は、スコア算出部２３がＮ個のスコアＰチルダＢＦ（θｋｎ＝１，…，Ｎ）を抽出し、各抽出したスコアＰチルダＢＦ（θｋｎ＝１，…，Ｎ）を獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）に積み上げると、独立試行の試行回数を示す変数ｊがＪ（例えば、Ｊ＝１０）に到達（ｊ＝Ｊ）したか否か判定する（ステップＳＴ９）。
まだ、独立試行の試行回数を示す変数ｊがＪに到達していなければ（ステップＳＴ９：ＮＯの場合）、独立試行実行部２０が変数ｊを１インクリメントして（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ２〜ＳＴ９の処理を繰り返し実施する。
一方、変数ｊがＪに到達していれば（ステップＳＴ９：ＹＥＳの場合）、ステップＳＴ１１の処理に移行する。
Independent
If the variable j indicating the number of independent trials has not yet reached J (step ST9: NO), the independent
On the other hand, if variable j has reached J (step ST9: YES), the process proceeds to step ST11.
上記のように、独立試行が繰り返される毎に、閾値Ｔｈ以上のスコアが抽出されて、その抽出されたスコアが獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）に足し込まれていき、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアＰチルダＢＦ（θ）は、独立試行の終了時点の累積スコアになっている。
図１４は独立試行の試行回数を１０回として、１番目から９番目の独立試行の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のスコアを時系列順に並べたものを示す説明図である。
方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）のスコアを時系列順に見ていくと、独立試行が繰り返される毎に、閾値Ｔｈ以上の大きなスコアの方位についての獲得スコアが更新されて大きくなっていることが分かる。
As described above, each time the independent trial is repeated, a score equal to or higher than the threshold Th is extracted, and the extracted score is added to the acquired score P tilde BF (θ), and the direction θ start to θ end The acquired score P tilde BF (θ) is a cumulative score at the end of the independent trial.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the scores of the azimuth evaluation functions P BF (θ k ) of the first to ninth independent trials arranged in chronological order, where the number of independent trials is 10.
When the scores of the azimuth evaluation function P BF (θ k ) are viewed in chronological order, the acquired score for the azimuth of a large score that is equal to or greater than the threshold Th is updated and increased each time the independent trial is repeated. I understand.
従来の一般的な測角装置による図１０と図１４を比較すると明らかなように、図１０では、一見して、どのピークに対応する方位が尤もらしいかの判断が難しいが、図１４では、大きなスコアを獲得したピークに対する方位に尤もらしいものが含まれることになる。
これにより、複数回の独立試行での方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）におけるスコアのピーク値に係る方位θが異なる場合や、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が図１３に示すような単峰性ではなく、図７に示すように、あたかもノイズ状に激しく乱れた形になっている場合でも、より尤もらしい方位候補を単純なスレッショルドで切り捨てることなく救い上げることが可能になる。
As is clear from comparison between FIG. 10 and FIG. 14 using a conventional general angle measuring device, in FIG. 10, it is difficult to determine which azimuth corresponding to which peak is likely, but in FIG. Probable things are included in the direction to the peak that has obtained a large score.
Accordingly, when the azimuth θ related to the peak value of the score in the azimuth evaluation function P BF (θ k ) in a plurality of independent trials is different, or the azimuth evaluation function P BF (θ k ) is simply as shown in FIG. As shown in FIG. 7, it is possible to rescue a more likely orientation candidate without cutting it off with a simple threshold even if it is in a turbulent form like noise as shown in FIG.
図１５は全１０回の独立試行終了後の獲得スコアを示す説明図である。
この実施の形態１でも、図１５に示すように、アレーアンテナパターンがリップルを持つことによって生ずる方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大小逆転現象により、真の方位が２６２°と設定しているにもかかわらず、１５０°や２８２°といった誤った方位に対してもピークが現れる。
しかし、従来の一般的な測角装置では、一見して、真の方位である２６２°が、尤もらしい方位であるのか、棄却してもよい方位であるのかを判別することができず、真の方位である２６２°のピークが棄却されることがある。これに対して、この実施の形態１では、真の方位である２６２°のピークが棄却されずに、明らかに誤っている方位のピークが棄却されて、移動目標１の方位候補が絞られている点で大きく相違している。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing acquired scores after completion of all 10 independent trials.
Also in the first embodiment, as shown in FIG. 15, the true azimuth is set to 262 ° due to the magnitude inversion phenomenon of the azimuth evaluation function P BF (θ k ) caused by the ripple of the array antenna pattern. Nevertheless, peaks also appear for wrong orientations such as 150 ° and 282 °.
However, with a conventional general angle measuring device, it is impossible to determine whether the true azimuth 262 ° is a likely azimuth or an azimuth that can be rejected. The peak at 262 °, which is the azimuth, may be rejected. On the other hand, in the first embodiment, the true azimuth peak at 262 ° is not rejected, but the clearly incorrect azimuth peak is rejected, and the azimuth candidates of the moving
スコアピーク検出部２５は、独立試行の試行回数を示す変数ｊがＪに到達すると、スコア算出部２３により算出された方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアの中から、予め設定された獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出する。
図１５の例では、仮に、獲得スコア検出用閾値が７０に設定されていれば、方位が１５０°、２６２°、２８２°の獲得スコアが検出される。
ここでは、スコアピーク検出部２５が獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出する例を示しているが、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアを比較して、値が大きい上位設定数個の獲得スコアを検出するようにしてもよい。
方位推定値候補抽出部２６は、スコアピーク検出部２５が獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出すると、その獲得スコアに対応する探索方位を、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして出力する（ステップＳＴ１１）。
図１５の例では、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして、１５０°、２６２°、２８２°の方位が出力される。
When the variable j indicating the number of independent trials reaches J, the score
In the example of FIG. 15, if the acquisition score detection threshold is set to 70, an acquisition score with an orientation of 150 °, 262 °, or 282 ° is detected.
Here, an example is shown in which the score
When the score
In the example of FIG. 15, azimuths of 150 °, 262 °, and 282 ° are output as azimuth candidates θ hat kn = 1 ,.
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、方位評価関数算出部２２により算出された方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す探索方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアと閾値Ｔｈを比較して、スコアが閾値Ｔｈ以上の探索方位θを特定し、その特定した探索方位θのスコアを探索方位θの獲得スコアとして積み上げるスコア算出部２３を設け、スコアピーク検出部２５が、スコア算出部２３により算出された探索方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄの獲得スコアの中から、予め設定された獲得スコア検出用閾値以上の獲得スコアを検出し、方位推定値候補抽出部２６が、スコアピーク検出部２５により検出された獲得スコアに対応する探索方位を、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして出力するように構成したので、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンにリップルが生じている場合でも、移動目標１の方位を測角することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the first embodiment, the scores of the search directions θ start to θ end indicated by the direction evaluation function P BF (θ k ) calculated by the direction evaluation
実施の形態２．
図１６はこの発明の実施の形態２による測角装置を示す構成図であり、図１６において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
方位推定部１５は方探信号処理部１４により移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）が特定される毎に、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を記憶し、その記憶した方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）の遷移から、移動目標１の方位θハットを推定する処理を実施する。
ここで、ｑは、上記実施の形態１でスコアを算出するために実行される独立試行回数（例えば、１０回）を１観測周期とする場合の第ｑ観測周期（１≦ｑ≦Ｑ）を表す観測時刻インデックスである。また、Qは、第ｑ観測周期における複数の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）の中から、移動目標１の方位θハットとして、最終的に絞り込むために必要な観測周期回数を表している。
FIG. 16 is a block diagram showing an angle measuring device according to
Here, q is the q-th observation period (1 ≦ q ≦ Q) when the number of independent trials (for example, 10 times) executed for calculating the score in the first embodiment is one observation period. The observation time index to represent. Q is an observation period necessary for finally narrowing down as the direction θ hat of the moving
図１７はこの発明の実施の形態２による測角装置の方位推定部１５を示す構成図である。
図１７において、方位候補時系列記憶部４１は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、方探信号処理部１４により移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）が特定される毎に、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を記憶する。
方位候補頻度算出部４２は複数の探索方位θｋに対応する点数からなる頻度行列Ω（θｋ）の初期化処理を実施する。頻度行列Ω（θｋ）の初期化処理によって、複数の探索方位θｋに対応する点数はそれぞれ０になる。ｋは方位インデックスであり、ｋ＝ｋｓｔａｒｔ，…，ｋｅｎｄである。
方位候補頻度算出部４２は観測周期毎に、方位候補時系列記憶部４１に記憶されている少なくとも１以上の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を読み出し、頻度行列Ω（θｋ）における探索方位θｋの中で、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）と一致する探索方位θｋを特定し、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）と一致する探索方位θｋに対応する点数に１を加点する頻度行列Ω（θｋ）の更新処理を実施する。
FIG. 17 is a block diagram showing the
In FIG. 17, the azimuth candidate time
The azimuth candidate
The azimuth candidate
頻度平均部４３は方位候補頻度算出部４２により全Ｑ回の観測周期で頻度行列Ω（θｋ）が更新されたのち、更新後の頻度行列Ω（θｋ）を方位方向に平均化し、平均値をとる方位インデックスｋ＝ｋａｖｅを検出する処理を実施する。
最終方位推定値算出部４４は頻度平均部４３により検出された方位インデックスｋａｖｅに対応する方位候補θハットｋａｖｅを、移動目標１の最終的な方位推定値である方位θハットとして出力する。
After the
The final azimuth estimation
図１７の例では、方位推定部１５の構成要素である方位候補頻度算出部４２、頻度平均部４３及び最終方位推定値算出部４４のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。専用のハードウェアとしては、例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、方位推定部１５は、コンピュータで構成されていているものであってもよい。
図３は測角装置の方位推定部１５がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
方位推定部１５がコンピュータで構成される場合、方位候補時系列記憶部４１を図３に示すコンピュータのメモリ３１上に構成するとともに、方位候補頻度算出部４２、頻度平均部４３及び最終方位推定値算出部４４の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ３１に格納し、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図１８はこの発明の実施の形態２による測角装置の方位推定部１５の処理内容を示すフローチャートである。
In the example of FIG. 17, it is assumed that each of the azimuth candidate
However, the
FIG. 3 is a hardware configuration diagram in the case where the
When the
FIG. 18 is a flowchart showing the processing contents of the
次に動作について説明する。
方位推定部１５を追加している点以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、方位推定部１５の処理内容について説明する。
図１９は観測周期ｑ（ｑ＝１，２，３）が増える毎に、移動目標１の真の方位が、この例では２６２°→２６１°→２６０°のように移動すると想定した場合の独立試行回数１００回に対する獲得スコアの一例を示す説明図である。
Next, the operation will be described.
Since it is the same as that of the said
FIG. 19 shows the independence when the true direction of the moving
最初に、この実施の形態２の測位装置における動作の概念的な説明を行う。
図１９の例では、ｑ＝１において、移動目標１の真の方位が２６２°、ｑ＝２において、移動目標１の真の方位が２６１°、ｑ＝３において、移動目標１の真の方位が２６０°である。
例えば、ｑ＝１においては、真の方位である２６２°の方位にピークが発生するほかに、１５０°と２８２°の方位に疑似ピークが発生しているとしても、ｑ＝２においては、１５０°の方位の疑似ピークが消失していることがある。
これは、方位が２６２°のステアリングベクトルと、方位が１５０°のステアリングベクトルとが、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大小逆転現象を引き起こす方位の組み合わせであるのに対して、方位が２６１°のステアリングベクトルと、方位が１５０°のステアリングベクトルとが、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大小逆転現象を引き起こす方位の組み合わせになっていないことが考えられる。
その代り、ｑ＝２において、２６１°の方位と組み合わされる別の疑似ピーク方位（１５０°の方位と別の疑似ピーク方位）が存在する可能性はある。また、２８２°の方位の疑似ピークについては依然として存在している。
First, a conceptual description of the operation of the positioning device of the second embodiment will be given.
In the example of FIG. 19, when q = 1, the true orientation of the moving
For example, when q = 1, a peak occurs in the true azimuth of 262 °, and even if pseudo peaks occur in the azimuth of 150 ° and 282 °, The pseudo peak in the direction of ° may disappear.
This is a combination of a direction in which a steering vector having an orientation of 262 ° and a steering vector having an orientation of 150 ° cause a magnitude reversal phenomenon of the orientation evaluation function P BF (θ k ), whereas the orientation is 261. It is conceivable that the steering vector of ° and the steering vector of 150 ° are not a combination of directions that cause a magnitude reversal phenomenon of the direction evaluation function P BF (θ k ).
Instead, at q = 2, there may be another pseudo-peak orientation (150 ° orientation and another pseudo-peak orientation) combined with a 261 ° orientation. There is still a pseudo peak with a 282 ° orientation.
ｑ＝３において、移動目標１の真の方位が２６０°に移動すると、真の方位である２６０°の方位にピークが発生するが、２８２°の方位の疑似ピークが消失していることがある。
これも、方位が２６０°のステアリングベクトルと、方位が２８２°のステアリングベクトルとが、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大小逆転現象を引き起こす方位の組み合わせになっていないことが考えられる。
このように、１５０°の方位の疑似ピークと、２８２°の方位の疑似ピークとは、観測周期ｑ（ｑ＝１，２，３）において、発生したり消失したりする。
このため、ｑ＝１，２，３の３回の観測を繰り返した中で、移動目標１の移動に追随して高いピークを示している２６２°→２６１°→２６０°が真の方位として尤もらしいと考えられる。
このように、異なる観測時刻の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を時系列的に追尾することで、真の方位に対する正しいピークと、誤った方位に対する疑似ピークとの組み合わせを順次解いていき、観測周期ｑによって消失する疑似ピークは、アレーアンテナパターンが持つリップルの影響による誤った方位を示すものであり、全観測周期で均等に出現するピークが真の方位を示すものと把握することができる。
以下、方位推定部１５による真の方位の推定処理を具体的に説明する。
When the true orientation of the moving
It is also conceivable that the steering vector having the azimuth of 260 ° and the steering vector having the azimuth of 282 ° are not a combination of the azimuths causing the magnitude reversal phenomenon of the azimuth evaluation function P BF (θ k ).
Thus, the pseudo peak with the azimuth of 150 ° and the pseudo peak with the 282 ° azimuth are generated or disappeared in the observation period q (q = 1, 2, 3).
For this reason, while repeating three observations of q = 1, 2, and 3, it is likely that 262 ° → 261 ° → 260 °, which shows a high peak following the movement of the moving
Thus, by tracking the azimuth candidates θ hat kn = 1,..., N (q) at different observation times in time series, the combination of the correct peak for the true azimuth and the pseudo peak for the wrong azimuth The pseudo peak that disappears in the observation period q indicates the wrong direction due to the ripple effect of the array antenna pattern, and the peak that appears evenly in the entire observation period indicates the true direction. Can be grasped.
Hereinafter, the true azimuth estimation processing by the
方探信号処理部１４が、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を特定する毎に、方位推定部１５の方位候補時系列記憶部４１には、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）が記憶される。
方位推定部１５の方位候補頻度算出部４２は、観測時刻インデックスｑを１に初期化するとともに、複数の探索方位θｋに対応する点数からなる頻度行列Ω（θｋ）を初期化する（図１８のステップＳＴ２１）。頻度行列Ω（θｋ）の初期化処理によって、複数の探索方位θｋに対応する点数はそれぞれ０になる。なお、ｋは方位インデックスであり、ｋ＝ｋｓｔａｒｔ，…，ｋｅｎｄである。
Each time the direction finding
The azimuth candidate
方位推定部１５の方位候補頻度算出部４２は、方位候補時系列記憶部４１に記憶されているＮ個の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）の読み出しを行う。Ｎは１以上の整数である。
次に、方位候補頻度算出部４２は、頻度行列Ω（θｋ）における探索方位θｋの中で、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）と一致する探索方位θｋを特定する。
その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）と一致する探索方位θｋについては（真の方位又は疑似ピークが発生している方位）、下記の式（９）に示すように、その探索方位θｋの更新用行列であるΩ（θｋ（ｑ））を“１”に設定する（ステップＳＴ２２）。
ｋ＝ｋｎ＝１，…，Ｎ → Ω（θｋ（ｑ））＝１ （９）
一方、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）と一致しない探索方位θｋについては（真の方位でも、疑似ピークが発生している方位でもない方位）、下記の式（１０）に示すように、その方位θｋの更新用行列であるΩ（θｋ（ｑ））を“０”に設定する（ステップＳＴ２２）。
ｋ≠ｋｎ＝１，…，Ｎ → Ω（θｋ（ｑ））＝０ （１０）
The azimuth candidate
Next, the orientation candidate
As for the search direction θ k that coincides with the direction candidate θ hat kn = 1,..., N (q) (the true direction or the direction in which the pseudo peak is generated), as shown in the following formula (9): Then, Ω (θ k (q)), which is an update matrix of the search direction θ k , is set to “1” (step ST22).
k = k n = 1,..., N → Ω (θ k (q)) = 1 (9)
On the other hand, for a search direction θ k that does not match the direction candidate θ hat kn = 1,..., N (q) (an orientation that is neither a true orientation nor an orientation in which a pseudo peak is generated), As shown in 10), Ω (θ k (q)), which is an update matrix of the direction θ k , is set to “0” (step ST22).
k ≠ k n = 1,..., N → Ω (θ k (q)) = 0 (10)
方位候補頻度算出部４２は、探索方位θｋの更新用行列Ω（θｋ（ｑ））を設定すると、下記の式（１１）に示すように、その更新用行列Ω（θｋ（ｑ））を用いて、頻度行列Ω（θｋ）の更新処理を実施する（ステップＳＴ２３）。
Ω（θｋ）＝Ω（θｋ）＋Ω（θｋ（ｑ）） （１１）
例えば、ｑ＝１において、方探信号処理部１４から、移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎとして、１５０°、２６２°、２８２°の探索方位が出力されている場合、頻度行列Ω（θｋ）の１５０°、２６２°、２８２°の探索方位に対応する点数が“１”に増えて、１５０°、２６２°、２８２°の探索方位以外の探索方位に対応する点数は“０”のままとなる。
Azimuth candidate
Ω (θ k ) = Ω (θ k ) + Ω (θ k (q)) (11)
For example, when q = 1, the search
方位候補頻度算出部４２は、頻度行列Ω（θｋ）の更新処理を実施すると、観測時刻インデックスｑがＱ（例えば、Ｑ＝３）に到達（ｑ＝Ｑ）したか否か判定する（ステップＳＴ２４）。
観測時刻インデックスｑがＱに到達していなければ（ステップＳＴ２４：ＮＯの場合）、方位候補頻度算出部４２が、観測時刻インデックスｑを１インクリメントして（ステップＳＴ２５）、ステップＳＴ２２〜ＳＴ２４の処理を繰り返し実施する。
一方、観測時刻インデックスｑがＱに到達していれば（ステップＳＴ２４：ＹＥＳの場合）、頻度行列Ω（θｋ）の更新処理を完了して、ステップＳＴ２６の処理に移行する。
When the frequency candidate Ω (θ k ) is updated, the azimuth candidate
If the observation time index q has not reached Q (step ST24: NO), the azimuth candidate
On the other hand, if the observation time index q has reached Q (step ST24: YES), the update process of the frequency matrix Ω (θ k ) is completed, and the process proceeds to step ST26.
頻度平均部４３は、方位候補頻度算出部４２による頻度行列Ω（θｋ）の更新処理が完了すると、更新後の頻度行列Ω（θｋ）を方位方向に平均化し、平均値をとる方位インデックスｋ＝ｋａｖｅを検出する（ステップＳＴ２６）。
これにより、移動目標１の真の方位が２６２°→２６１°→２６０°のように移動している場合、上記の平均値をとる方位インデックスｋａｖｅは、２６１°を重心とする探索方位に対する方位インデックスｋになることが想定される。なぜなら、１５０°と２８２°の擬似ピークは、ｑ＝１，２，３のすべてにおいて発生していないため、２６１°を重心とする頻度への影響は軽微だからである。
最終方位推定値算出部４４は、頻度平均部４３が方位インデックスｋａｖｅを検出すると、その方位インデックスｋａｖｅに対応する方位候補θハットｋａｖｅを、移動目標１の最終的な方位推定値である方位θハットとして出力する（ステップＳＴ２７）。
When the update process of the frequency matrix Ω (θ k ) by the azimuth candidate
As a result, when the true orientation of the moving
When the
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、方位推定部１５が、方探信号処理部１４により移動目標１の方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）が特定される毎に、その方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）を記憶し、その記憶した方位候補θハットｋｎ＝１，…，Ｎ（ｑ）の遷移から、移動目標１の方位θハットを推定するように構成したので、素子アンテナ１１−１〜１１−Ｍのアンテナパターンの電気的特性が均一でなく、アレーアンテナにリップルが生じている場合でも、移動目標１の方位を高精度に推定することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the second embodiment, the
実施の形態３．
図２０はこの発明の実施の形態３による測角装置の方探信号処理部１４を示す構成図であり、図２０において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
規格化部２７は方位評価関数算出部２２により算出された方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアのピーク値である最大値Ｓｍａｘを特定して、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアを最大値Ｓｍａｘで規格化し、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアを規格化した方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）をスコア算出部２３に出力する処理を実施する。
FIG. 20 is a block diagram showing the direction finding
The
図２０の例では、方探信号処理部１４の構成要素である独立試行実行部２０、スコア算出係数設定部２４、スコアピーク検出部２５及び方位推定値候補抽出部２６のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。専用のハードウェアとしては、例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、方探信号処理部１４は、コンピュータで構成されていているものであってもよく、方探信号処理部１４がコンピュータで構成される場合、独立試行実行部２０、スコア算出係数設定部２４、スコアピーク検出部２５及び方位推定値候補抽出部２６の処理内容を記述している測角プログラムを図３に示すコンピュータのメモリ３１に格納し、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されている測角プログラムを実行するようにすればよい。
In the example of FIG. 20, each of the independent
However, the direction finding
次に動作について説明する。
独立試行実行部２０の中に、規格化部２７を追加している点以外は、上記実施の形態１，２と同様であるため、ここでは、規格化部２７の処理内容を説明する。
上記実施の形態１，２では、事前に設定されたスコア係数ｕから閾値Ｔｈが設定されるため、スコア算出部２３における獲得スコアの算出性能と、スコアピーク検出部２５における獲得スコアの検出性能は、スコア係数ｕの値によって変化する。
Next, the operation will be described.
Except for the addition of the
In the first and second embodiments, since the threshold value Th is set from the score coefficient u set in advance, the calculation performance of the acquisition score in the
上記実施の形態１における図１５の獲得スコアは、スコア係数ｕが０．５［ｄＢ］に設定されているものである。
一方、図２１はスコア係数ｕが１．０［ｄＢ］に設定されたときの、全１０回の独立試行終了後の獲得スコアを示す説明図である。スコア係数ｕ以外の獲得スコアの算出条件は、図１５の獲得スコアと同じである。
図２１の獲得スコアは、図１５の獲得スコアと比較すると、スコアが積み上がっている１５０°、２６２°、２８２°の探索方位以外の探索方位に多数のスプリアス状ピークが発生している。このため、図１５の獲得スコアよりも、方位候補になり得る探索方位が散逸しており、複数の方位候補の中で、どの方位候補が真の方位であるのかの見分けが困難である。
The acquisition score of FIG. 15 in the first embodiment is such that the score coefficient u is set to 0.5 [dB].
On the other hand, FIG. 21 is an explanatory diagram showing acquired scores after the completion of all 10 independent trials when the score coefficient u is set to 1.0 [dB]. The acquisition score calculation conditions other than the score coefficient u are the same as the acquisition score of FIG.
Compared with the acquisition score of FIG. 15, the acquired score of FIG. 21 has a large number of spurious peaks in search directions other than the search directions of 150 °, 262 °, and 282 ° where the scores are accumulated. For this reason, search orientations that can be orientation candidates are more dissipated than the acquired score in FIG. 15, and it is difficult to distinguish which orientation candidate is the true orientation among a plurality of orientation candidates.
つまり、スコア係数ｕの働きは、各独立試行での方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）におけるスコアのピーク値よりスコア係数ｕだけ低いスコアを閾値Ｔｈに設定し、その閾値Ｔｈ以上のスコアだけを抽出するというスコア算出部２３の機能上、スコア係数ｕの値を小さくすると、方位候補になり得る探索方位が少数に絞られるが、真の方位を取りこぼす可能性が高くなる。
逆に、スコア係数ｕの値を大きくすると、方位候補になり得る探索方位が多くなり、真の方位とほとんど関係がない探索方位のスプリアスのピーク、あるいは、ガウスランダム雑音の影響によるスプリアスのピークまで広く積み上げることになる。このため、真の方位を取りこぼす可能性は低くなるが、スコアピーク検出部２５により検出される獲得スコアの数が多くなり過ぎて、上記実施の形態２の方位推定部１５を適用しても、真の方位を絞り込むまでに多くの観測周期を要する。また、図２１の獲得スコアは見づらいものとなる。
In other words, the score coefficient u works by setting a score Th that is lower than the peak value of the score in the azimuth evaluation function P BF (θ k ) in each independent trial as the threshold Th, and only scores that are equal to or higher than the threshold Th. If the value of the score coefficient u is reduced in terms of the function of the
Conversely, if the value of the score coefficient u is increased, the number of search orientations that can be orientation candidates increases, and the search orientation spurious peaks that have little relation to the true orientation, or spurious peaks due to the influence of Gaussian random noise. It will be piled up widely. For this reason, the possibility of missing the true azimuth is reduced, but the number of acquired scores detected by the score
ここで、ビームフォーマ法の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）は、移動目標１から送出される電波２における各方位に対する受信電力を示すという特性がある。そのため、独立試行を繰り返す中で、移動目標１から送出される電波２の電力が変化した場合、各独立試行での方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大きさがばらつくことになる。このばらつきがスコア係数ｕの設定を難しくしている要因の一つである。
この実施の形態３では、観測環境が変化しても、スコア係数ｕを再設定することなく一定に保つことができるようにしている。
Here, the azimuth evaluation function P BF (θ k ) of the beamformer method has a characteristic of indicating received power for each azimuth in the
In the third embodiment, even if the observation environment changes, the score coefficient u can be kept constant without being reset.
即ち、この実施の形態３では、規格化部２７は、方位評価関数算出部２２が各独立試行で方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）を算出する毎に、当該方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアのピーク値である最大値Ｓｍａｘを特定する。
規格化部２７は、最大値Ｓｍａｘを特定すると、その方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアを最大値Ｓｍａｘで規格化し、その最大値Ｓｍａｘを既定の値（例えば、０［ｄＢ］など）に揃えるようにする。
これにより、各独立試行での方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアはそれぞれ規格化され、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアの中の最大値Ｓｍａｘが既定の値（例えば、０［ｄＢ］など）に揃えられているスコア規格化後の方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）がスコア算出部２３に出力される。
That is, in the third embodiment,
As a result, the scores of the orientations θ start to θ end indicated by the orientation evaluation function P BF (θ k ) in each independent trial are normalized, and the maximum value S max in the scores of the orientations θ start to θ end is predetermined. The azimuth evaluation function P BF (θ k ) after the score normalization that is aligned with the value (for example, 0 [dB]) is output to the
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、規格化部２７が、方位評価関数算出部２２により算出された方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）が示す方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアのピーク値である最大値Ｓｍａｘを特定して、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアを最大値Ｓｍａｘで規格化し、方位θｓｔａｒｔ〜θｅｎｄのスコアを規格化した方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）をスコア算出部２３に出力するように構成したので、独立試行の繰り返しの中で、移動目標１から送出された電波２の受信電力が変わっても、方位評価関数ＰＢＦ（θｋ）の大きさのばらつきを防いで、スコア算出部２３により積み上げられた獲得スコアの数を適度に抑えることができる。このため、スコア算出係数設定部２４で設定されるスコア係数ｕは、異なる観測条件においても、予め設定された一定値とすることができ、スコア係数ｕの設定方法を簡略化することができる。測角装置の実運用では、予め設定する必要のある係数やパラメータの設定を簡略化、または省略することで、装置規模や信号処理負荷を縮小化できるというメリットがある。
As is apparent from the above, according to the third embodiment, the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
１ 移動目標（未知の電波源）、２ 電波、１１−ｍ 素子アンテナ、１２−ｍ 受信機、１３ 素子アンテナパターン記憶部、１４ 方探信号処理部、１５ 方位推定部、２０ 独立試行実行部、２１ 共分散行列生成部、２２ 方位評価関数算出部、２３ スコア算出部、２４ スコア算出係数設定部、２５ スコアピーク検出部（方位候補特定部）、２６ 方位推定値候補抽出部（方位候補特定部）、２７ 規格化部、３１ メモリ、３２ プロセッサ、４１ 方位候補時系列記憶部、４２ 方位候補頻度算出部、４３ 頻度平均部、４４ 最終方位推定値算出部。 1 moving target (unknown radio wave source), 2 radio waves, 11-m element antenna, 12-m receiver, 13 element antenna pattern storage unit, 14-way search signal processing unit, 15 direction estimation unit, 20 independent trial execution unit, 21 Covariance matrix generation unit, 22 Direction evaluation function calculation unit, 23 Score calculation unit, 24 Score calculation coefficient setting unit, 25 Score peak detection unit (direction candidate specification unit), 26 Direction estimation value candidate extraction unit (direction candidate specification unit) ), 27 normalization unit, 31 memory, 32 processor, 41 direction candidate time series storage unit, 42 direction candidate frequency calculation unit, 43 frequency average unit, 44 final direction estimated value calculation unit.
Claims (6)
前記素子アンテナにより受信された電波を復調して、前記電波の受信信号を出力する複数の受信機と、
前記複数の受信機から出力された受信信号と前記複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、前記電波源に対する各探索方位のスコアとして、前記電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出する方位評価関数算出部と、
スコア係数が設定されるスコア算出係数設定部と、
複数回の前記方位評価関数算出部による方位評価関数の算出に対し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に、前記方位評価関数算出部により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定し、前記ピーク値より前記スコア算出係数設定部により設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、当該方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと前記閾値を比較して、スコアが前記閾値以上の探索方位を特定し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げるスコア算出部と、
前記スコア算出部により積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから前記電波源の方位候補を特定する方位候補特定部と
を備えた測角装置。 A plurality of element antennas for receiving radio waves transmitted from unknown radio sources;
A plurality of receivers for demodulating radio waves received by the element antenna and outputting received signals of the radio waves;
Using the reception signals output from the plurality of receivers and the antenna patterns of the plurality of element antennas, as a score of each search direction with respect to the radio wave source, the search direction having a high possibility that the radio source is present An azimuth evaluation function calculation unit that calculates an azimuth evaluation function indicating a larger score as the score,
A score calculation coefficient setting unit in which a score coefficient is set;
To calculate the multiple orientations evaluation function by the orientation evaluation function calculation unit, each time the orientation evaluation function is calculated by the orientation evaluation function calculating unit, indicated orientation evaluation function calculated by the orientation evaluation function calculator A peak value of a score is identified from scores of a plurality of search directions, a score lower than the peak value by a score coefficient set by the score calculation coefficient setting unit is set as a threshold, and a plurality of search directions indicated by the direction evaluation function by comparing the scores with the threshold value, the score is to identify the search direction greater than or equal to the threshold value, score search orientation specified each time the orientation evaluation function is calculated for the search direction by the orientation evaluation function calculator A score calculation unit that accumulates as a score;
An angle measuring device comprising: a direction candidate specifying unit that specifies a direction candidate of the radio wave source from a plurality of search direction acquisition scores accumulated by the score calculation unit.
前記素子アンテナにより受信された電波を復調して、前記電波の受信信号を出力する複数の受信機と、
前記複数の受信機から出力された受信信号と前記複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、前記電波源に対する各探索方位のスコアとして、前記電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出する方位評価関数算出部と、
前記方位評価関数算出部により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定して、前記複数の探索方位のスコアを前記ピーク値で規格化し、前記スコアを規格化した方位評価関数を出力する規格化部と、
スコア係数が設定されるスコア算出係数設定部と、
複数回の前記方位評価関数算出部による方位評価関数の算出に対し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に、前記規格化部により規格化された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアの規格化されたピーク値を特定し、前記規格化されたピーク値より前記スコア算出係数設定部により設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、前記規格部により規格化された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと前記閾値を比較して、規格化されたスコアが前記閾値以上の探索方位を特定し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に特定した探索方位の規格化されたスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げるスコア算出部と、
前記スコア算出部により積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから前記電波源の方位候補を特定する方位候補特定部と
を備えた測角装置。 A plurality of element antennas for receiving radio waves transmitted from unknown radio sources;
A plurality of receivers for demodulating radio waves received by the element antenna and outputting received signals of the radio waves;
Using the reception signals output from the plurality of receivers and the antenna patterns of the plurality of element antennas, as a score of each search direction with respect to the radio wave source, the search direction having a high possibility that the radio source is present An azimuth evaluation function calculation unit that calculates an azimuth evaluation function indicating a larger score as the score,
A peak value of the score is specified from a plurality of search azimuth scores indicated by the azimuth evaluation function calculated by the azimuth evaluation function calculation unit, the scores of the plurality of search azimuths are normalized by the peak value, and the scores are normalized A normalization unit that outputs a normalized orientation evaluation function ;
A score calculation coefficient setting unit in which a score coefficient is set;
For the calculation of the azimuth evaluation function by the azimuth evaluation function calculation unit a plurality of times, each time the azimuth evaluation function is calculated by the azimuth evaluation function calculation unit, a plurality of azimuth evaluation functions standardized by the normalization unit indicate The standardized peak value of the search direction score is specified, a score lower than the standardized peak value by the score coefficient set by the score calculation coefficient setting unit is set as a threshold, and the standard is specified by the standard unit A plurality of search azimuth scores indicated by the normalized azimuth evaluation function are compared with the threshold value, a search azimuth whose standardized score is equal to or greater than the threshold value is specified, and the azimuth evaluation function calculation unit calculates the azimuth evaluation function A score calculation unit that accumulates the normalized score of the search direction specified each time as an acquisition score of the search direction;
A direction candidate specifying unit for specifying a direction candidate of the radio wave source from a plurality of search direction acquisition scores accumulated by the score calculating unit;
Angle measuring device equipped with .
複数の受信機が、前記素子アンテナにより受信された電波を復調して、前記電波の受信信号を出力し、
方位評価関数算出部が、前記複数の受信機から出力された受信信号と前記複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、前記電波源に対する各探索方位のスコアとして、前記電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出し、
スコア算出部が、複数回の前記方位評価関数算出部による方位評価関数の算出に対し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に、前記方位評価関数算出部により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定し、前記ピーク値より設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、当該方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと前記閾値を比較して、スコアが前記閾値以上の探索方位を特定し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げ、
方位候補特定部が、前記スコア算出部により積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから前記電波源の方位候補を特定する
測角方法。 Multiple element antennas receive radio waves sent from unknown radio sources,
A plurality of receivers demodulate the radio wave received by the element antenna and output a reception signal of the radio wave,
The radio wave source exists as a score of each search direction with respect to the radio wave source, using the reception signals output from the plurality of receivers and the antenna patterns of the plurality of element antennas. The higher the search direction score is, the higher the score is calculated.
The score calculation unit is calculated by the azimuth evaluation function calculation unit every time the azimuth evaluation function is calculated by the azimuth evaluation function calculation unit with respect to the calculation of the azimuth evaluation function by the azimuth evaluation function calculation unit a plurality of times . The peak value of the score is identified from the scores of the plurality of search directions indicated by the direction evaluation function, the score lower than the peak value by the score coefficient set is set as a threshold value, and the scores of the plurality of search directions indicated by the direction evaluation function And the threshold value, the search direction whose score is equal to or greater than the threshold value is specified, and the search direction score specified each time the direction evaluation function is calculated by the direction evaluation function calculation unit is used as the acquisition score of the search direction Stacked,
An angle measurement method in which an orientation candidate specifying unit specifies an orientation candidate of the radio wave source from a plurality of search orientation acquisition scores accumulated by the score calculation unit.
電波受信ステップにて前記複数の素子アンテナが受信した電波を受信信号として出力する信号受信処理ステップと、
信号受信処理ステップにて出力された前記複数の素子アンテナに対応する受信信号と前記複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、前記電波源に対する各探索方位のスコアとして、前記電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出する方位評価関数算出ステップと、
前記方位評価関数算出ステップにより算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定して、前記複数の探索方位のスコアを前記ピーク値で規格化し、前記スコアを規格化した方位評価関数を得る規格化ステップと、
複数回の前記方位評価関数算出ステップによる方位評価関数の算出に対し、前記方位評価関数算出ステップにより方位評価関数が算出される毎に、前記規格化ステップにより規格化された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアの規格化されたピーク値を特定し、前記規格化されたピーク値より設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、前記規格化ステップにより規格化された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと前記閾値を比較して、スコアが前記閾値以上の探索方位を特定し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げるスコア算出ステップと、
前記スコア算出ステップにより積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから前記電波源の方位候補を特定する方位候補特定ステップと
を備えた測角装置が実行する測角方法。 A radio wave receiving step in which multiple element antennas receive radio waves transmitted from an unknown radio source;
A signal reception processing step of outputting the radio waves received by the plurality of element antennas as reception signals in the radio wave reception step;
Using the received signals corresponding to the plurality of element antennas output in the signal reception processing step and the antenna patterns of the plurality of element antennas, the radio wave source exists as a score of each search direction with respect to the radio wave source. A direction evaluation function calculating step for calculating a direction evaluation function indicating a higher score as the search direction score is more likely to be,
The peak value of the score is specified from the scores of the plurality of search directions indicated by the direction evaluation function calculated by the direction evaluation function calculation step, the scores of the plurality of search directions are normalized by the peak value, and the scores are normalized A normalization step to obtain a normalized orientation evaluation function;
In contrast to the calculation of the azimuth evaluation function by the azimuth evaluation function calculation step a plurality of times, each time the azimuth evaluation function is calculated by the azimuth evaluation function calculation step, a plurality of azimuth evaluation functions standardized by the normalization step indicate A standardized peak value of the search direction score of the above is specified, a score lower than the standardized peak value by a score coefficient set is set as a threshold value, and the direction evaluation function standardized by the standardization step The search azimuth score is identified each time the azimuth evaluation function is calculated by the azimuth evaluation function calculation unit by comparing the threshold with a plurality of search azimuth scores indicated by A score calculation step of accumulating as search score acquisition scores,
A direction candidate specifying step for specifying a direction candidate of the radio wave source from a plurality of search direction acquisition scores accumulated in the score calculating step;
An angle measuring method performed by an angle measuring device equipped with a horn .
前記複数の受信機から出力された受信信号と前記複数の素子アンテナのアンテナパターンを用いて、前記電波源に対する各探索方位のスコアとして、前記電波源が存在している可能性が高い探索方位のスコアほど、大きなスコアを示す方位評価関数を算出する方位評価関数算出処理手順と、
前記方位評価関数算出処理手順による複数回の方位評価関数の算出に対し、前記方位評価関数算出処理手順によって方位評価関数が算出される毎に、前記方位評価関数算出処理手順により算出された方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアからスコアのピーク値を特定し、前記ピーク値より設定されたスコア係数だけ低いスコアを閾値と設定し、当該方位評価関数が示す複数の探索方位のスコアと前記閾値を比較して、スコアが前記閾値以上の探索方位を特定し、前記方位評価関数算出部により方位評価関数が算出される毎に特定した探索方位のスコアを当該探索方位の獲得スコアとして積み上げるスコア算出処理手順と、
前記スコア算出処理手順によって積み上げられた複数の探索方位の獲得スコアから前記電波源の方位候補を特定する方位候補特定処理手順と
が記述されている測角プログラム。 When the plurality of element antennas receive radio waves transmitted from an unknown radio source, and the plurality of receivers demodulate the radio waves received by the element antennas and output the radio wave reception signals, the received signals From the angle measurement program executed by the computer when specifying the azimuth candidate of the radio wave source,
Using the reception signals output from the plurality of receivers and the antenna patterns of the plurality of element antennas, as a score of each search direction with respect to the radio wave source, the search direction having a high possibility that the radio source is present The azimuth evaluation function calculation processing procedure for calculating the azimuth evaluation function indicating a larger score as the score,
To calculate a plurality of orientations evaluation function by the orientation evaluation function calculation processing procedure, each time the orientation evaluation function is calculated by the orientation evaluation function calculation processing procedure, the orientation evaluation calculated by the azimuth evaluation function calculation processing procedure The peak value of the score is identified from the scores of the plurality of search directions indicated by the function, the score lower than the peak value by the score coefficient set as the threshold value is set as a threshold, the scores of the plurality of search directions indicated by the direction evaluation function and the A score that compares threshold values, specifies a search direction having a score equal to or greater than the threshold value, and accumulates the specified search direction score as an acquisition score of the search direction every time the direction evaluation function calculation unit calculates the direction evaluation function Calculation processing procedure;
An angle measurement program in which an orientation candidate specifying processing procedure for specifying an orientation candidate of the radio wave source from acquisition scores of a plurality of search orientations accumulated by the score calculation processing procedure is described.
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