DE102015219483A1

DE102015219483A1 - Winkelabschätzungsvorrichtung und Winkelabschätzungsverfahren

Info

Publication number: DE102015219483A1
Application number: DE102015219483.3A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Shirakawa; Yasuhiro Kurono
Original assignee: Denso Ten Ltd; Fujitsu Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2016-04-14
Anticipated expiration: 2035-10-09
Also published as: JP6362262B2; US20160103207A1; US10852410B2; JP2016080369A; DE102015219483B4

Abstract

Ein Empfangsschaltkreis verwendet eine Gewichtung, welche durch eine Kalibration zum Gewichten von auf Empfangselementen einfallenden Signalen eingestellt ist. Eine Speichereinheit speichert einen gemessenen Wert eines Modenvektors, welcher Eigenschaften des Empfangsschaltkreises wiedergibt, in einem fehlerfreien Zustand der Gewichtung für die Empfangsschaltkreis-Eigenschaften, und weiter einen Einfallssignalwinkel, welcher durch eine Abschätzungseinheit abgeschätzt ist, und für den fehlerfreien Zustand ein Berechnungsergebnis eines Bewertungswerts durch eine Bewertungsfunktion, welche zum Berechnen des Bewertungswerts geeignet ist, welcher entsprechend dem Einfallssignalwinkel und einem Fehler variiert, korreliert und speichert. Eine Detektionseinheit berechnet den Bewertungswert basierend auf dem gespeicherten Messwert des Modenvektors und der Bewertungsfunktion und detektiert ein Auftreten des Fehlers basierend auf einem Vergleich des berechneten Bewertungswerts und des gespeicherten Bewertungswerts, wenn der abgeschätzte Einfallssignalwinkel zu einem Wert nahe dem gespeicherten Einfallssignalwinkel gehört.

Description

GEBIET
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen betreffen eine Winkelabschätzungsvorrichtung und ein Winkelabschätzungsverfahren.
HINTERGRUND
Eine konventionelle Vorrichtung erzeugt eine Kovarianzmatrix unter Verwendung von Basisbandsignalvektoren, welche durch Demodulieren von durch mehrere Sensoren empfangenen und von einem Ziel reflektierten Wellen erzeugt werden. Die Vorrichtung extrahiert eine Submatrix und verwendet Eigenwerte einer aus der Submatrix berechneten regulären Matrix, um den Winkel des Ziels zu berechnen (zum Beispiel siehe japanische Patentoffenlegungsschrift Nummer 2012-103132 ). Eine andere konventionelle Vorrichtung kombiniert Korrelationsvektoren von Basisbandsignalen (nachfolgend einfach als „Empfangssignale” formuliert, wenn es keine Verwechslung gibt), welche aus durch mehrere Sensoren empfangenen Ankunftssignalen erzeugt werden. Die Vorrichtung erhält eine Räumliche-Durchschnitt-Kovarianzmatrix R und verwendet (RR^H)^–1 (H: komplex konjugierte Transponierte) aus der Räumlichen-Durchschnitt-Kovarianzmatrix R zum Abschätzen der Ankunftsrichtung eines Ankunftssignals aus einer Winkelverteilung oder einer algebraischen Gleichungen (zum Beispiel siehe veröffentliche japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung, Veröffentlichungsnummer 2006/067869 ).
Trotzdem stellt sich ein Problem mit den konventionellen Technologien darin, dass, wenn ein Betrieb (eine Kalibration) zum Erhalten einer Gewichtung für jedes Signal, welches Eigenschaften aller umfassten Empfangsschaltkreise ebenso wie Sensoren umfasst, ausgeführt wird, um einen richtigen abgeschätzten Winkel zu erhalten, das Auftreten eines Fehlers selbst, hinsichtlich einer Gewichtung, nicht erkannt werden kann. Wenn ein Kalibrationsfehler auftritt, beispielsweise eine Abweichung des abgeschätzten Winkels von dem tatsächlichen Einfallswinkels eines Empfangssignals auftritt, ist es notwendig, eine Rekalibration und so weiter auszuführen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe in einem Aspekt der Ausführungsformen zumindest die obigen Probleme in den konventionellen Technologien zu lösen.
Entsprechend einem Aspekt einer Ausführungsform umfasst eine Winkelabschätzungsvorrichtung einen Empfangsschaltkreis, ausgebildet zum Umfassen eines Signalprozessors und mehrerer Empfangselemente und zum Verwenden einer Gewichtung, welche durch eine Kalibration zum Gewichten von jeweiligen auf mehrere Empfangselemente einfallenden Signalen eingestellt ist; einen Abschätzungsschaltkreis, ausgebildet zum Abschätzen basierend auf den durch den Empfangsschaltkreis gewichteten jeweiligen Signalen eines Einfallswinkels der jeweiligen Signale; einen Speicherschaltkreis, ausgebildet zum Speichern eines Messwerts eines Modenvektors, welcher Eigenschaften des Empfangsschaltkreises in einem fehlerfreien Zustand der Gewichtung für die Eigenschaften des Empfangsschaltkreises widerspiegelt, und zum Korrelieren und Speichern des Einfallswinkels der durch den Abschätzungsschaltkreis abgeschätzten jeweiligen Signale und für den fehlerfreien Zustand eines Berechnungsergebnisses eines Bewertungswerts durch eine Bewertungsfunktion, welche zum Berechnen des Bewertungswerts geeignet ist, welcher entsprechend dem Einfallswinkel der jeweiligen Signale und einem Fehler variiert; einen Detektionsschaltkreis, ausgebildet zum Berechnen des Bewertungswerts basierend auf der Evaluierungsfunktion und dem Messwert des durch den Speicherschaltkreis gespeicherten Modenvektors, wenn der durch den Abschätzungsschaltkreis abgeschätzte Einfallswinkel der jeweiligen Signale ein Winkel ist, welcher zu einem Wert nahe dem durch den Speicherschaltkreis gespeicherten Einfallswinkel der jeweiligen Signale gehört, und zum Detektieren eines Auftretens eines Fehlers, basierend auf einem Vergleich des durch den Speicherschaltkreis gespeicherten Bewertungswerts und des berechneten Bewertungswerts.
KURZBESCHREIBUNG VON FIGUREN
1 ist ein Blockdiagramm einer Funktionskonfiguration einer Winkelabschätzungsvorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform;
2 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Konfiguration einer Winkelabschätzungsvorrichtung darstellt;
3 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Hardware-Konfiguration eines Signalprozessors darstellt;
4 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Anwendung der Winkelabschätzungsvorrichtung auf eine Radarvorrichtung eines Fahrzeugs darstellt;
5 ist ein Diagramm, welches Berechnungsergebnisse darstellt, falls eine Winkelabschätzung durch eine Q-ESPRIT-Technik ausgeführt wird;
6A und 6B sind Diagramme, welche ein Winkelspektrum mit Bezug zu einem Winkel und einem Abstand darstellen, falls zwei Ziele vorhanden sind;
7 ist ein Diagramm, welches das Winkelspektrum darstellt, wenn ein Abstand konstant ist;
8 ist ein Diagramm (Teil 1), welches ein Beispiel einer Detektion eines Auftretens eines Kalibrationsfehlers darstellt; und
9 ist ein Diagramm (Teil 2), welches ein Beispiel der Detektion des Auftretens eines Kalibrationsfehlers darstellt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste bis vierte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden genau mit Bezug zu den beiliegenden Figuren beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm einer Funktionskonfiguration einer Winkelabschätzungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Eine Winkelabschätzungsvorrichtung 100 wird in einer Vorrichtung verwendet, welche Ultraschallwellen, elektromagnetische Wellen, Licht und so weiter zum Suchen nach, Abtasten, Messen des Abstands von oder Messen des Winkels eines Objekts verwenden. Insbesondere wird die Winkelabschätzungsvorrichtung 100 mit Sonar, Radar, und so weiter verwendet. Die Winkelabschätzungsvorrichtung 100 weist einen Empfangsschaltkreis 101, eine Abschätzungseinheit 102, eine Speichereinheit 103 und eine Detektionseinheit 104 auf. Der Empfangsschaltkreis 101 umfasst mehrere Empfangseinheiten 105 und nicht dargestellte Verstärker, welche durch die Empfangseinheiten 105 empfangene Signale verstärken. Die Empfangseinheiten 105 sind beispielsweise Sensoranordnungen, Antennen, und so weiter.
Der Empfangsschaltkreis 101 umfasst beispielsweise einen Verstärker, einen Mischer, einen Filter, einen Analog-zu-Digital(A/D)-Wandler und eine Signalverarbeitungseinheit (SPU). Der Empfangsschaltkreis 101 verwendet eine durch Kalibration eingestellte Gewichtung zum Gewichten von auf die Empfangseinheiten 105 einfallenden Signalen. Die Signale sind Signale, welche von nicht dargestellten Übertragungseinheiten übertragen werden und durch ein Ziel reflektiert werden. Eine Kalibration wird beispielsweise zum Zeitpunkt einer Werksauslieferung ausgeführt.
Die Abschätzungseinheit 102 schätzt den Einfallswinkel der durch den Empfangsschaltkreis 101 gewichteten Signale ab. Die Speichereinheit 103 speichert Messwerte von Modenvektoren (fehlerfreie Modenvektoren), welche Eigenschaften des Empfangsschaltkreises 101 in einem Zustand widerspiegeln, wenn es keinen Fehler (nachfolgend „Kalibrationsfehler”) der Gewichtung für Eigenschaften des Empfangsschaltkreises 101 gibt. Weiter korreliert und speichert für den Zustand, wenn es keinen Kalibrationsfehler gibt, die Speichereinheit 3 Berechnungsergebnisse von Bewertungswerten (Referenzwerte), welche durch die Abschätzungseinheit 102 unter Verwendung einer Bewertungsfunktion und Einfallswinkeln von Signalen berechnet sind.
Die Bewertungsfunktion ist eine Funktion, welche zum Berechnen eines Bewertungswerts, welcher entsprechend dem Kalibrationsfehler und dem Einfallswinkel der Signale variiert, geeignet ist. Die Speichereinheit 103 korreliert und speichert beispielsweise den Bewertungswert eines Modenvektors, falls der Einfallswinkel 1 Grad ist, in einem Zustand, wenn es keinen Kalibrationsfehler gibt, das Berechnungsergebnis (obiger Referenzwert) für einen durch die Bewertungsfunktion berechneten Bewertungswert und einem durch die Abschätzungseinheit 102 abgeschätzten Einfallswinkel von einem Grad. Nachfolgend wird ein Messwert eines (fehlerfreien) Modenvektors, falls der Einfallswinkel 1 Grad ist, in einem Zustand, wenn es keinen Kalibrationsfehler gibt, einfach als ein Messwert eines Modenvektors bezeichnet werden, wenn es keine Verwechslung gibt. Weiter kann die Speichereinheit Berechnungsergebnisse für zu mehreren Einfallswinkeln gehörende Bewertungswerte und mehrere Einfallswinkel korrelieren und speichern.
Die Detektionseinheit 104 berechnet einen Bewertungswert basierend auf der Bewertungsfunktion und durch die Speichereinheit 103 gespeicherte Messwerte von Modenvektoren, wenn der Einfallswinkel des Signals, welcher durch die Abschätzungseinheit 102 abgeschätzt ist, ein Winkel ist, welcher zu einem Wert nahe zu einem durch die Speichereinheit 103 gespeicherten Einfallswinkel eines Signals ist. Beispielsweise kann ein Winkel, welcher zu einem Wert nahe zu einem durch die Speichereinheit 103 gespeicherten Einfallswinkel eines Signals gehört, identisch zu einem Winkel eines durch die Speichereinheit 103 gespeicherten Einfallswinkels eines Signals oder eines nahen Winkels sein. Beispielsweise ist der zu einem durch die Speichereinheit 103 gespeicherten 1-Grad-Einfallswinkel eines Signals gehörende Einfallswinkel 1 Grad oder ein naher Winkel. Eine genaue Definition von nahe ist beispielsweise mehrere σ Grad mit Bezug zu der Winkelabschätzung-Auflösungsleistung der Vorrichtung. Hierbei ist σ ein Wert, welcher einen Winkel und nicht eine Rauschleistung darstellt.
Die Detektionseinheit 104 berechnet den Bewertungswert (berechneter Wert) basierend auf einem Einfallswinkel, welcher zu einem durch die Speichereinheit 103 gespeicherten Einfallswinkel eines Signals gehört, einem Messwert eines Modenvektors und einer Bewertungsfunktion. Die Detektionseinheit 104 detektiert weiter das Auftreten eines Kalibrationsfehlers basierend auf einem Vergleich des berechneten Bewertungswerts und des durch die Speichereinheit 103 gespeicherten Bewertungswerts (Referenzwert). Die Detektionseinheit 104 detektiert beispielsweise das Auftreten eines Kalibrationsfehlers durch das Verhältnis des berechneten Bewertungswerts und des durch die Speichereinheit 103 gespeicherten Bewertungswerts. Beispielsweise, wenn eine Verhältnis des berechneten Bewertungswerts und des durch die Speichereinheit 103 gespeicherten Bewertungswerts sich von 1 unterscheidet, detektiert die Detektionseinheit 104, dass ein Kalibrationsfehler aufgetreten ist.
Weiter schätzt die Abschätzungseinheit 102 die Einfallswinkel von Signalen basierend auf Signal-Raumphasenunterschieden zwischen den mehreren Empfangseinheiten ab. Insbesondere schätzt die Abschätzungseinheit 102 die Einfallswinkel von Signalen durch Abschätzung von Signalparametern über rotationsinvariante Techniken (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques-ESPRIT) ab.
Die Abschätzungseinheit 102 berechnet weiter eine Kovarianzmatrix der durch den Empfangsschaltkreis 101 gewichteten Signale und schätzt die Einfallswinkel von Signalen ab, basierend auf einem Spektrallinienabtastprozess. Techniken zum Abschätzen des Einfallswinkels basierend auf einem Spektrallinienabtastprozess umfassen CAPON-Techniken, Multiple-Signalklassifikation(MUSIC)-Techniken, Prism-Techniken und lineare Vorhersage (Linear Prediction-LP).
2 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Konfiguration der Winkelabschätzungsvorrichtung darstellt. Die Winkelabschätzungsvorrichtung 100 weist einen Oszillator-Schaltkreis 201, einen Richtungskoppler 202, einen Leistungsverstärker 203 eine Übertragungsantenne 204, eine Empfangsantenne 205, einen rauscharmen Verstärker 206, einen Mischer 207, einen A/D-Wandler 208 und einen Signalprozessor 209 auf. Obwohl ein Basisbandschaltkreis wie beispielsweise ein Tiefpassfilter (LPF) im Allgemeinen zwischen dem Mischer 207 und dem A/D-Wandler 208 angeordnet ist, werden, um die Beschreibung zu vereinfachen, solche Bauteile nicht beschrieben werden.
Der Oszillator-Schaltkreis 201 weist einen spannungsgesteuerten Funkfrequenz-Oszillator (RF-VCO) 111 und einen Basisband-Oszillator (BB-OSC) 112 auf. Der RF-VCO 111 ist ein Oszillator, welcher die Oszillationsfrequenz durch eine Spannung steuert. Der BB-OSC 112 erhält ein frequenzmoduliertes Dauer, -(Frequency Modulated Continuous Wave-FMCW)-Signal durch Hinzufügen eines Modulationssignals zu dem RF-VCO 111 und Ausführen einer Frequenzmodulation und gibt das FMCW-Signal an den Richtungskoppler 202 aus.
Der Richtungskoppler 202 gibt an den Leistungsverstärker 203 und den Mischer 207 das von dem Oszillator-Schaltkreis 201 ausgegebene Signal aus. Der Leistungsverstärker 203 verstärkt die Leistung des von dem Richtungskoppler 202 ausgegebenen Signals und gibt das Signal an die Übertragungsantenne 204 aus. Die Übertragungsantenne 204 ist eine Übertragungssensoranordnung mit M (in diesem Beispiel, 1) Sensorelementen. Die Übertragungsantenne 204 überträgt als ein Abtastsignal an einen Zielabtastbereich das von dem Leistungsverstärker 203 ausgegebene Signal.
Die Empfangsantenne 205 ist eine Empfangssensoranordnung mit N (in diesem Beispiel, 4) Sensorelementen. Die Empfangsantenne 205 empfängt reflektierte Signale, welche beispielsweise von der Übertragungsantenne 204 übertragen werden und durch ein Zielobjekt wie beispielsweise ein vorausfahrendes Fahrzeug reflektiert werden. Die Empfangsantenne 205 gibt das Empfangssignal an den rauscharmen Verstärker 206 aus. Der rauscharme Verstärker 206 verstärkt das von der Empfangsantenne 205 ausgegebene Signal und gibt das Signal an den Mischer 207 aus. Der Mischer 207 mischt das von dem rauscharmen Verstärker 206 ausgegebene Signal und ein von dem Richtungskoppler 202 ausgegebenes Signal und gibt das gemischte Signal an den A/D-Wandler 208 aus.
Der A/D-Wandler 208 wandelt das von dem Mischer 207 ausgegebene analoge Signal in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal an den Signalprozessor 209 aus. Der Signalprozessor 209 weist eine Abschätzungseinheit 221, eine Winkelmatrix-Reproduziereinheit 222, eine Referenzwert-Tabelle 223 und eine Spektrum-Vergleichseinheit 224 auf. Die Abschätzungseinheit 221 verwendet das von dem A/D-Wandler 208 ausgegebene Signal, um den Abstand, die Geschwindigkeit, den Winkel und so weiter eines Ziels durch eine bekannte Technik abzuschätzen, und gibt die Abschätzungsergebnisse an die Winkelmatrix-Reproduziereinheit 222 aus.
Die Winkelmatrix-Reproduziereinheit 222 verwendet die von der Abschätzungseinheit 223 ausgegebenen Abschätzungsergebnissignale, um eine Winkelmatrix zu reproduzieren, und die Winkelmatrix an die Referenzwert-Tabelle 223 und die Spektrum-Vergleichseinheit 224 auszugeben. Die Referenzwert-Tabelle 223 speichert fehlerfreie Modenvektoren und die von der Winkelmatrix-Reproduziereinheit 222 ausgegebene Winkelmatrix, aktualisiert Referenzwerte zum Bestimmen von Kalibrations-Unregelmäßigkeiten und so weiter. Die Spektrum-Vergleichseinheit 224 vergleicht die von der Winkelmatrix-Reproduziereinheit 222 ausgegebene Matrix und einen Referenzwert, welcher in der Referenzwerttabelle 223 gespeichert ist, um zu bestimmen, ob ein Kalibrationsfehler vorliegt.
Die Empfangseinheiten 105, welche in 1 dargestellt sind, werden beispielsweise durch die Empfangsantenne 205 realisiert. Weiter ist der in 1 beschriebene Empfangsschaltkreis 101 beispielsweise durch den rauscharmen Verstärker 206 und den Mischer 207 realisiert.
3 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Hardware-Konfiguration des Signalprozessors darstellt. Wie in 3 dargestellt, umfasst der Signalprozessor 209 eine Zentralprozessoreinheit (CPU) 301, einen Speicher 302 und eine Schnittstelle 303. Die CPU 301, der Speicher 302 und die Schnittstelle 303 sind durch einen Bus 309 verbunden.
Die CPU 301 verwaltet eine Gesamtsteuerung des Signalprozessors 209. Der Speicher 302 umfasst beispielsweise einen Hauptspeicher und einen Hilfsspeicher. Der Hauptspeicher ist beispielsweise ein Arbeitsspeicher (RAM). Der Hauptspeicher wird als ein Arbeitsbereich der CPU 301 verwendet. Der Hilfsspeicher ist beispielsweise ein nicht flüchtiger Speicher wie beispielsweise eine magnetische Platte, eine optische Platte und ein Flash-Speicher. Der Hilfsspeicher speichert verschiedene Typen von Programmen zum Betreiben des Signalprozessors 209. In dem Hilfsspeicher gespeicherte Programme werden in den Speicher geladen und durch die CPU 301 ausgeführt.
Die Schnittstelle 303 umfasst eine Anwenderschnittstelle und eine Kommunikationsschnittstelle. Die Anwenderschnittstelle umfasst beispielsweise eine Eingabevorrichtung, welche eine Eingabebedienung, welche von einem Anwender eingegeben wird, empfängt und eine Ausgabevorrichtung, welche Informationen an den Anwender ausgibt. Weiter ist die Kommunikationsschnittstelle beispielsweise eine Schnittstelle, welche drahtlos oder über ein Kabel mit einer externen Vorrichtung des Signalprozessors 209 kommuniziert. Die Schnittstelle 303 wird durch die CPU 301 gesteuert.
Funktionen der Abschätzungseinheit 102, der Speichereinheit 103 und der Detektionseinheit 104, welche in 1 dargestellt sind, werden durch Ausführen auf der CPU 301 der in dem Speicher 302 gespeicherten Programme realisiert. In Abhängigkeit von einer Vorrichtungskonfiguration kann der Empfangsschaltkreis 101 gesteuert werden. Weiter werden in 2 dargestellte Funktionen der Abschätzungseinheit 221, der Winkelmatrix-Reproduziereinheit 222 und der Spektrum-Vergleichseinheit 224 durch Ausführen auf der CPU 301 der in dem Speicher 302 gespeicherten Programme realisiert. In 1 dargestellte Funktionen der Speichereinheit 103 und die Referenzwert-Tabelle 223, welche in 2 dargestellt ist, werden durch den Speicher 302 umgesetzt.
4 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Anwendung der Winkelabschätzungsvorrichtung auf eine Radarvorrichtung eines Fahrzeugs darstellt. Wie in 4 dargestellt, tastet die an einem Fahrzeug 400 eingerichtete Radarvorrichtung vorausfahrende Fahrzeuge 401, 402 ab und misst den Abstand. Beispielsweise ist das Fahrzeug 401 vor dem Fahrzeug 400 bei einem Winkel von +0 positioniert. Das Fahrzeug 402 ist vor dem Fahrzeug 400 bei einem Winkel von –θ positioniert.
Die Radarvorrichtung gibt ein Abtastsignal in einem vorderen Zielabtastbereich aus, empfängt das von den Fahrzeugen 401, 402 zurückkehrende reflektierte Signal nach einer Reflektion und schätzt einen Ankunftswinkel (Einfallswinkel) des reflektierten Signals ab. Hierbei detektiert die Radarvorrichtung (die Winkelabschätzungsvorrichtung 100) der vorliegenden Offenbarung, ob ein Fehler in der Kalibration (Gewichtung), welche bei einem Abschätzen eines Winkels verwendet wird, aufgetreten ist.
Mit Bezug zu 2 werden Prinzipien der Winkelabschätzung durch den Signalprozessor 209 beschrieben werden. Um eine Beschreibung zu vereinfachen, wird angenommen, dass die Anzahl von Übertragungsantennen 204 gleich 1 ist und die Anzahl N von Empfangsantennen 205 wird gleich 4 angenommen. Die Empfangsantenne 205 wird als in einer geraden Linie bei gleichen Intervallen entlang der x-Achse angeordnet angenommen. Die Empfangsantenne 205 mit einer solchen Konfiguration wird eine einheitliche lineare Anordnung (Uniform lineare Array-LA) genannt.
K Ziele sind innerhalb eines Abtastbereichs vorhanden und, wenn ein von der Übertragungsantenne 204 übertragenes Abtastsignal durch eines der Ziele reflektierte wird, werden diese reflektierten RF-Echosignale durch die Empfangsantenne 205 empfangen. Die RF-Echosignale werden als bei zueinander unterschiedlichen Winkeln θ_k mit Bezug zu einer Richtung (y-Achse) orthogonal zu der Anordnungsachse als eine 0-Referenz einfallenden angenommen. Mit anderen Worten ist ein Echosignal ein Signal, welches die Ankunftsrichtung abschätzt und somit die Ankunftsrichtung eines Echosignals der Winkel eines Ziels ist.
In diesem Fall kann ein Echosignal v_n(t), welches durch Mischen und Demodulieren des Abtastsignals und des RF-Echosignals, welches durch eine n-te Antenne empfangen wird, erhalten wird, durch Gleichung (1) ausgedrückt werden, wobei eine erste Empfangsantenne 205 als eine Phasenreferenz angenommen wird. Weiter kann eine räumliche Phase φ durch Gleichung (2) ausgedrückt werden. g_n(θ_k) stellt Eigenschaften eines n-te Antennenelements dar, x_k(t) stellt ein Basisbandsignal dar, n_n(t) stellt ein Rauschsignal dar, φ_n,k stellt eine Empfangsphase einer m-ten Welle an einem Element dar, wenn ein Element 1 eine Referenz ist, λ stellt die Wellenlänge der Trägerwelle dar, j stellt eine imaginäre Einheit dar und t stellt die Zeit dar. ν_n(t) = Σ K / k=1x_k(t)g_n(θ_k)exp(jϕ_n,k) + n_n(t) (1) ϕ_n,k ≡ 2π / λ(n – 1)dsinθ_k (2)
Als ein Vektor geschrieben, wird Gleichung (3) erhalten.
Wobei die durch Gleichungen (4), (5) und (6) angegebenen Beziehungen vorliegen.
x(t) ≡ [x₁(t) ... x_K(t)]^T (5) n(t) ≡ [n₁(t) ... n_N(t)]^T (6)
In den Gleichungen (3) bis (6) stellt v(t) einen Ausgabe-Signalvektor dar, x(t) stellt einen Basisband-Faktor dar, n(t) stellt einen Rauschvektor dar, a(θ_k) stellt einen Modenvektor (Richtungsvektor) dar und T stellt eine Transposition dar.
Wenn eine Kovarianzmatrix für v(t) aus Gleichung (3) berechnet wird, wenn es keine Korrelation zwischen x(t) und n(t) gibt, wird Gleichung (7) erhalten. R_νν ≡ E{v(t)v^H(t)} = AR_xxA^H + σ²I (7)
Dies ist ein Basisberechnungsziel, wenn eine Winkelabschätzung eines Ziels unter Verwendung einer Array-Antenne ausgeführt wird. Insbesondere ist R_VV eine Basis-Zielgleichung zum Abschätzen der Ankunftsrichtung. In Gleichung (7) ist R_VV eine N×N Kovarianzmatrix. Weiter stellt in Gleichung (7) E{
} einen Erwartungswert (Gesamtheit oder zeitlicher Durchschnitt) dar, H stellt eine komplex konjugierte Transponierte dar, I stellt eine Einheitsmatrix dar, σ² stellt eine Varianz (Rauschleistung) eines Rauschvektors n(t) dar und σ²I stellt eine Rauschvektor-Kovarianzmatrix dar. Wobei R_XX eine Basisbandsignal-Kovarianzmatrix ist, welche durch Gleichung (8) bestimmt wird. R_xx = E[x(t)x^H(t)] (8)
In Gleichung (8) ist R_XX eine K×K Basisbandsignal-Kovarianzmatrix. Nachfolgend wird die Zeit t ausgelassen.
Hierbei ist ein Echosignal im Wesentlichen kohärent, da ein Echosignal ein Signal ist, welches von derselben Signalquelle ausgestrahlt wird und durch ein Ziel reflektiert wird. Daher wird die Beziehung des Kovarianzmatrix-Rangs (nachfolgend, Rang) und eine Zielzahl K durch Gleichung (9) ausgedrückt. rang(R_w) = rang(R_xx) < K (9)
Ein Winkelvektor a(θ), welcher mit θ als einen Parameter erzeugt wird, kann durch Gleichung (10) ausgedrückt werden. a(θ) ≡ [g₁(θ), ..., g_N(θ)exp[ja(N – 1)sin(θ)]]^T, α = 2πd/λ (10)
Beispielsweise kann in einer Capon-Technik ein Winkelvektor P_Capon(θ) einer Gleichung (11) unter Verwendung einer inversen Matrix R_VV ^–1 von R_VV und Gleichung (10) bestimmt werden. P_Capon(θ) wird berechnet, während ein Parameter θ variiert wird, und kann mit dem das Maximum angebenden Wert von θ als eine Winkelinformation des Ziels verwendet werden.
Trotzdem kann, wie es aus Gleichung (9) deutlich ist, eine Matrix R_VV keine inverse Matrix sein. Daher wird im Allgemeinen nach einem Ausführen eines räumliches Mitteln genannten Prozess zum Wiederherstellen des Rangs von R_VV, eine Winkelabschätzung von der inversen Matrix oder Eigenwerten ausgeführt (hierin wird R_VV nach einem räumlichen Mittel ebenso als R_VV angegeben werden). Hierbei wird diese Technik kurz beschrieben werden.

(a) räumliches Vorwärtsmitteln: eine Q×Q Submatrix (N – Q + 1 Submatrizen sind möglich) wird entlang der Richtung der Hauptdiagonalen von R_VV genommen, summiert und gemittelt.
(b) räumliches Rückwärtsmitteln: der Referenzpunkt des Arrays wird invertiert und Operationen identisch zu den bei (a) oben werden ausgeführt.
(c) räumliches Vorwärts- und Rückwärtsmitteln: eine Technik, welche (a) und (b) oben kombiniert und im Allgemeinen verwendet wird.

Durch Verwenden eines räumlichen Mittelns wird der Rang von R_VV wiederhergestellt und danach wird eine Abschätzung des Winkels eines Ziels unter Verwendung des Winkelvektors P_Capon und so weiter möglich. Allerdings bedeutet beispielsweise, wie aus dem obigen (a) klar ist, ein Extrahieren einer Submatrix aus R_VV und Anwenden eines Mittelungsprozesses, das Eigenschaften g_n(θ_k) der Elementantennen aus Gleichung (4) in der Abschätzungsgenauigkeit des Winkels eines Ziels wieder gespiegelt werden, in einer berechneten Weise.
Somit, um solche Effekte zu verhindern, wird ein Korrekturprozess (Kalibration) zum Angleichen der Eigenschaften von allen Elementantennen in dem Radar-Sichtfeld (FOV) auf einen in etwa konstanten Wert ausgeführt. Insbesondere wird eine Winkelabschätzung ausgeführt, welche einige bekannte Winkel als Ziele nimmt, und Korrekturkoeffizienten für g_n(θ_k) werden bestimmt, um den Unterschied der tatsächlichen Werte und der abgeschätzten Werte zu minimieren. Im Ergebnis kann die Winkelmatrix nach einer Kalibration durch Gleichung (12) wiedergegeben werden.
In diesem Zustand kann, falls eine Winkelabschätzung durch eine beliebige Technik ausgeführt wird, ein abgeschätzter Wert mit der besten Genauigkeit der Technik erhalten werden. Allerdings, falls Kalibrationswerte aufgrund von zeitlichen Änderungen der Hardware während einer tatsächlichen Verwendung der Vorrichtung streuen, werden Ergebnisse erhalten, welche angeben, dass die Amplitude oder Phase der Ankunftssignale bei den Empfangsantennen 205 sich verändert hat. Eine Hauptursache von streuenden Kalibrationswerten ist eine Eigenschaftsvariation eines vorgelagerten RF-Schaltkreises, eher als eine Eigenschaftsvariation der Empfangsantennen 205, und ein Kalibrationsfehler C kann wie durch Gleichung (13) angegeben modelliert werden. C ≡ diag[c₁, ..., c_N] (13)
Mit anderen Worten kann ein Empfangssignal w(t), wenn ein Kalibrationsfehler auftritt, nachdem eine Kalibration zuerst ausgeführt wird, durch Gleichung (14) wiedergegeben werden. w(t) = C[A₀x(t) + n(t)] (14)
Hier werden durch eine ESPRIT-Technik erhaltende Abschätzungsergebnisse beschrieben werden. Wie oben beschrieben, falls eine Winkelabschätzung in diesem Zustand ausgeführt wird, umfasst der abgeschätzte Wert Fehler. Somit werden mit Bezug zu 5 Berechnungsergebnisse beschrieben werden, falls eine Winkelabschätzung durch eine schnelle (Quick-Q)-ESPRIT-Technik ausgeführt wird. Die Q-ESPRIT-Technik ist beispielsweise dieselbe Technik wie die Hochgeschwindigkeit-ESPRIT-Technik”, welche in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nummer 2012-103132 zitiert ist.
5 ist ein Diagramm, welches Berechnungsergebnisse darstellt, falls eine Winkelabschätzung durch eine Q-ESPRIT-Technik ausgeführt wird. In 5 stellt die Hochachse einen Abstand (bin-Index) dar und die Querachse stellt abgeschätzte Winkel (abgeschätzter Azimut) dar. Beispielsweise wird der Abstand als 20 m (28 bin) angenommen und es werden 2 Ziele mit einer Geschwindigkeit von 0 km/h als bei Positionen von Winkeln mit ±3 Grad vorhanden angenommen. Die Einheit „bin” der Hochachse in 5 stellt einen Separator (Index) einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) dar und gehört zu einem Abstand. 28 bin gehört beispielsweise zu einem Abstand von 20 m.
In 5 geben durchgezogene Linien (Kurven 501, 503) Berechnungsergebnisse für einen Fall ohne Kalibrationsfehler an. Gestrichelte Linien (Kurven 502, 504) geben Berechnungsergebnisse für einen Fall an, bei welchem ein Kalibrationsfehler von –0,75 dB bei den Empfangsantennen 205b, 205c auftritt.
Insbesondere gibt Kurve 501 die Berechnungsergebnisse für die Ziele bei den Positionen eines Winkels von +3 Grad in einem Fall ohne Kalibrationsfehler an. Kurve 502 gibt die Berechnungsergebnisse für die Ziele bei den Positionen eines Winkels von +3 Grad für einen Fall an, bei welchem ein Kalibrationsfehler aufgetreten ist. Kurve 503 gibt Berechnungsergebnisse für das Ziel bei der Position eines Winkels von –3 Grad für einen Fall ohne Kalibrationsfehler an. Kurve 504 gibt die Berechnungsergebnisse für das Ziel bei der Position von einem Winkel von –3 Grad an, falls ein Kalibrationsfehler aufgetreten ist. Wie durch den Unterschied in den Winkeln zwischen den Kurven 501 und 502 (oder den Kurven 503, 504) bei 28 bin in 5 angegeben, resultiert das Auftreten eines Kalibrationsfehlers von lediglich 0,75 dB in einem Abschätzungsfehler von ungefähr 0,5 Grad.
Hier wird ein Abschätzungsergebnis durch eine PRISM-Technik und eine MUSIC-Technik beschrieben.
Die 6A und 6B sind Diagramme, welche ein Winkelspektrum mit Bezug zu einem Winkel und einem Abstand in einem Fall von 2 vorhandenen Zielen darstellen. In den 6A und 6B, ähnlich zu 5, wird beispielsweise angenommen, dass 2 Ziele mit einer Geschwindigkeit von 0 km/h bei Positionen eines Abstands von 20 m (28 bin) und Winkeln von ±3 Grad vorhanden sind. 6A stellt das unter Verwendung einer PRISM-Technik berechnete Winkelspektrum dar. 6B stellt das unter Verwendung einer MUSIC-Technik (räumliches Vorwärts-Rückwärts-Glätten(FBSS: räumliches Vorwärts-Rückwärts-Mitteln)-MUSIC-Technik) berechnete Winkelspektrum dar. Die Hochachse in den 6A und 6B stellt einen Winkel dar und die Querachse stellt einen Abstand dar.
In den 6A und 6B, wenn sich das Winkelspektrum auf die 2 angenommenen Zielpositionen konzentriert, das heißt je größer das Ausmaß, zu welchem das Winkelspektrum als Punkte in einer Umgebung der 2 Ziele angezeigt wird, gibt an, dass die Ankunftsrichtung der Ziele mit hoher Genauigkeit abgeschätzt wurde. In einem Bereich 601 in 6A war wird ein Winkelspektrum ±3 Grad entlang der Hochachse in einer Umgebung von 28 bin auf der Querachse dargestellt. In einem Bereich 602 in 6B wird ein Winkelspektrum ±3 Grad entlang der Hochachse und in einer Umgebung von 28 bin auf der Querachse dargestellt.
In den 6A und 6B ist das Auftreten eines Fehlers schwierig zu bewerten und daher werden in 7 bei dem Abstand, bei welchem die Ziele vorhanden sind, die Winkelspektra (a), (b), welche in 6A und 6B dargestellt sind, quer-geschnitten von einem oberen Teil des Papiers zu einem unteren Teil und dargestellt, wobei die Hochachse einen Winkel darstellt (ähnlich zu den 6A, 6B) und die Querachse ein Spektrum darstellt (z-Achse in 6A, 6B). 7 ist ein Diagramm, welches das Winkelspektrum darstellt, wenn der Abstand konstant ist. In 7 geben die Kurven 701, 702 Berechnungsergebnisse durch eine jede Technik für einen Fall an, bei welchem 2 Ziele bei Positionen von ±3 Grad, 20 m von dem Radar positioniert sind. Insbesondere gibt Kurve 701 Berechnungsergebnisse durch eine MUSIC-Technik an. Kurve 702 gibt Berechnungsergebnisse durch eine Prism-Technik an. In beiden Kurven 701, 702 weichen die Maxima von den Positionen von ±3 Grad ab und das Auftreten eines Abschätzungsfehlers ist klar.
Um das Auftreten eines Kalibrationsfehlers durch eine Signalverarbeitung während eines Betriebs der Vorrichtung zu detektieren, wird eine Bewertungsfunktion f(C, θ) verwendet, wobei der Wert für einen Winkel θ in Reaktion nur zu einem Kalibrationsfehler C variiert. Andererseits werden nach einer Kalibration zum Zeitpunkt einer Werksauslieferung ein Messwert eines fehlerfreien Modenvektors a₀(θ) und berechnete Werte (Referenzwerte f(I, θ_m)) einer Bewertungsfunktion für Winkel θ_m (m = 1 bis M) innerhalb des FOV (Radar-Sichtfeld) jeweils gespeichert.
Wenn eine Winkelausgabe θ_k nahe eines Winkels θ_m während eines Betriebs erhalten wird, wird der berechnete Wert f(C, θ) eine Bewertungsfunktion f(C, θ) berechnet und mit einem Referenzwert f(I, θm) verglichen. Falls der Unterschied einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wird ein Kalibrationsfehler als aufgetreten bestimmt. In einer Bewertungsfunktion f(C, θ), wird der Wert eines Kalibrationsfehlers C nicht eingegeben oder hergeleitet. Wenn ein Kalibrationsfehler auftritt, wird eine Warnung ausgegeben, eine Korrekturoperation unternommen und so weiter.
In der ersten Ausführungsform wird ein Herleitungsverfahren einer Bewertungsfunktion, falls die Q-Esprit-Technik verwendet wird, beschrieben. Durch Gleichung (15) wird ein Subvektor erhalten (siehe Gleichung (14)), wobei w ein Empfangssignal Vektor ist, wenn ein Kalibrationsfehler aufgetreten ist. In der nachfolgenden Beschreibung werden Rauschkomponenten zur Vereinfachung einer Beschreibung vernachlässigt werden. w₁ = J₁Cν, J₁ = [I₃ 0] ∊ R^3×4 w₂ = J₂Cν, J₂ = [0 I₃] ∊ R^3×4 (15)
Hier sind, da die Anzahl der Empfangsantennen 205 als gleich 4 angenommen wird, w1 und w2 Signale von Subarrays (Empfangsantennen 205a bis 205c) und (Empfangsantennen 205b bis 205d). Im Extremfall, falls C Elemente nicht weit von 1 sind, ist die Rotationsinvarianzbeziehung von Gleichung (16) zwischen den 2 Subarrays eingerichtet, was grundlegende Voraussetzungen der ESPRIT-Technik sind.
Somit, wie nachfolgend angegeben, falls J₁CA₀ QR-zerlegt ist, kann eine Gleichung (16) als Gleichung (17) umgeschrieben werden. J₁CA₀ = Q R → J₂CA₀ = J₁CA₀ ϕ = Q R ϕ (17)
Hier werden durch Berechnen von U₁ ^–1U₂ aus den nächsten 2 Matrizen und Ausführen einer Eigenwert-Zerlegung V und Ω wie durch Gleichung (18) erhalten. U₁ ≡ w₁w H / 1 = Q R R _xx(QR)^H U₂ ≡ w₁w H / 2 = Q RR_xx(Q R ϕ)^H U –1 / 1U₂ = (Q R)^–HR –1 / xx(Q R)^–1 Q RR_xx(Q R ϕ)^H = (Q R)^–H ϕ ^H(Q R)^H ≡ VΩV^H (18)
Dies ist ein Algorithmus der Q-Esprit-Technik, wenn ein Kalibrationsfehler vorhanden ist.
Eine Bewertungsfunktion in der Q-Esprit-Technik kann in der folgenden Weise hergeleitet werden. Durch Bezugnehmen auf Gleichungen (17) und (18) ist es klar, dass eine Winkelmatrix CA, welche einen Kalibrationsfehler umfasst, wie durch Gleichung (19) angegeben reproduziert wird. Da dies einfach ist, wie erwartet werden könnte, wird eine Beschreibung ausgelassen, allerdings ist die den hier angegebenen Fehler umfassende Winkelmatrix ein Beispiel.
Durch Verwenden des fehlerfreien Modenvektors a₀(θ) und Gleichung (19), kann eine Bewertungsfunktion f(C, θ), welche durch Gleichung (20) angegeben ist, erhalten werden. Hier ist eine durch Gleichung (20) angegebene Bewertungsfunktion f(C, θ) eine Funktion, welche durch Verwenden einer Matrix W ausgedrückt wird, welche auf einer Kombination von Matrizen V, Ω basiert, welche durch Zerlegen einer gegebenen Matrix U₁ ^–1U₂ in Eigenwerte erhalten werden (siehe Gleichung (18)), welche erhalten wird, wenn eine Winkelabschätzung bei der in 1 dargestellten Abschätzungseinheit 102 ausgeführt wird. In der Q-ESPRIT-Technik werden, da eine Winkelabschätzung ausgeführt wird, rang korrigierende (R_VV) = N –1, wenn N = 4, 3 abgeschätzte Winkel erhalten. f(C, θ) = a H / 0(θ)C(A₀A H / 0)C^Ha₀(θ) → f(C, θ) = a H / 0(θ)(WW^H)a₀(θ) (20)
Als ein Winkel eines Ziels wird, wenn ein abgeschätzter Wert, was θ_k ist, erhalten wird, ein Wert (C, θ_k) einer Bewertungsfunktion f(C, θ), welche zu θ_k gehört unter Verwendung von Gleichung (20) berechnet. Der berechnete Wert f(C, θ) und ein Referenzwert f(I, θ_m) werden verglichen und, falls der Unterschied, ein Verhältnis und so weiter einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann bestimmt werden, dass ein Kalibrationsfehler aufgetreten ist. Mit anderen Worten werden der Referenzwert (f(I, θ_m) (I = Einheitsmatrix) der Bewertungsfunktion für einen Winkel θ_m, berechnet gespeichert in einem Zustand ohne Kalibrationsfehler, und der Wert f(C, θ) der Bewertungsfunktion, welcher berechnet ist, wenn ein Ankunftswinkel θ_k nahe θ_m detektiert ist, verglichen.
Die Bewertungsfunktion f(C, θ) reagiert auf einen Ankunftswinkel und einen Kalibrationsfehler und daher kann das Auftreten eines Kalibrationsfehlers durch einen Vergleich von f(I, θ_m) und (0, θ_k) erkannt werden. Der Referenzwert f(I, θ_m) ist, ähnlich zu dem berechneten Wert f(C, θ), ein Wert, welcher durch die Q-ESPRIT-Technik berechnet ist.
Basierend auf Gleichung (20) ist Gleichung (21) klar erfüllt. Die Größe eines Kalibrationsfehlers wird unter Verwendung eines Diagonalelements einer Matrix: C(A₀A₀ ^H)C_H und einem fehlerfreien Modenvektor a₀(θ_kk) abgeschätzt. Hier kann die in 1 dargestellte Detektionseinheit 104 basierend auf einem Wert, welcher die Differenz betrifft, welche von dem Diagonalelement von WW^H in Gleichung (20) erhalten ist, die Empfangseinheit (105) (Empfangsantenne 205), bei welcher ein Fehler aufgetreten ist, detektieren. Insbesondere ist der fehlerbezogene Wert beispielsweise |c₁|² bis |c₄|² in Gleichung (21). diag[(WW^H)] = [|c₁|²Σ K / k=1|a_1k|², ..., |c₄|²Σ K / k=1|a_4k|²] (21)
Wie durch die Terme auf der rechten Seite der Gleichung (21) angegeben ist das Diagonalelement von WW^H proportional zu dem Quadrat des Kalibrationsfehlers. Die rechten Terme |c₁|² bis |c₄|² sind alle gleich 1, wenn es keinen Kalibrationsfehler gibt. Andererseits, wenn es einen Kalibrationsfehler gibt, ist keiner der Werte |c₁|² bis |c₄|² gleich 1.
Daher kann beispielsweise aus |c₁|² bis |c₄|² welcher nicht gleich 1 wird, für welchen ein Unterschied (zum Beispiel, eine mathematische Differenz) von 1 größer oder gleich einem Schwellenwert ist, diejenigen welche deutlich unterschiedlich von einem anderen Wert sind, und so weiter, als eine Empfangsantenne 205 identifiziert werden, bei welcher ein Kalibrationsfehler aufgetreten ist. Es wird eine Meldung über die identifizierte Empfangsantenne 205 ausgegeben, welche bei einer Neukalibrierung zu einem Wartungszeitpunkt nützlich sein kann.
Die in 1 dargestellte Detektionseinheit 104 detektierte weiter eine Amplitudenkomponente des Kalibrationsfehlers basierend auf der Quadratwurzel des Wertes (|c₁|² bis |c₄|²) betreffend den Kalibrationsfehler. Insbesondere berechnet die Detektionseinheit 104 die Quadratwurzel von |c₁|² bis |c₄|², für welche ein Kalibrationsfehler aufgetreten ist, und ist damit geeignet eine Amplitudenkomponente des Kalibrationsfehlers zu detektieren. Eine Meldung der Amplitudenkomponente des Kalibrationsfehlers wird ausgegeben, welche bei einer Neukalibrierung bei dem Wartungszeitpunkt nützlich sein kann.
Eine Kalibrationsfehlerdetektion, welche einen Phasenfehler berücksichtigt, wird beschrieben. Die Effekte von Kalibrationsfehlern auf eine Winkelabschätzung neigen dazu für Amplitudenkomponenten schwerer zu wiegen als für Phasenkomponenten. Trotzdem verursacht ein großer Kalibrationsfehler ebenso Probleme in Bezug auf Phasenkomponenten. Hier detektiert die in 1 dargestellte Detektionseinheit 104 einen Wert des Fehlers basierend auf einer Matrix W und einer verallgemeinerten Inversmatrix einer Winkelmatrix A₀ = [a₀(θ1), ..., a₀(θ_k)]. Wie durch Gleichung (22) angegeben, kann von der rechten Seite von Matrix CA₀ (= W) aus Gleichung (19) eine Multiplikation mit einer verallgemeinerten Inversmatrix (ein hochgestelltes Zeichen „+” von A₀ gibt eine verallgemeinerte Inversmatrix an) von A₀ ein Wert des Kalibrationsfehlers C direkt erhalten werden, welcher ebenso einen Phasenfehler umfasst. Eine verallgemeinerte Inversmatrix wird auch eine Pseudomatrix genannt. W = CA₀, WA + / 0 = CA₀A⁺ = C (22)
Somit kann ein Wert des Kalibrationsfehlers C erhalten werden.
8 ist ein Diagramm (Teil 1), welches ein Beispiel der Detektion des Auftretens eines Kalibrationsfehlers darstellt. Der Graph in 8 stellt ein Beispiel einer Detektion des Auftretens eines Kalibrationsfehlers dar, wenn Gleichung (20) verwendet wird. In 8 stellt die Hochachse einen Winkel dar und die Querachse stellt eine Winkelkorrelation dar. In Kurve 801 aus 8 gibt der zu einer Position θ_m auf der Hochachse gehörende Winkelkorrekturwert den Wert f(I, θ_m) der Bewertungsfunktion an, welcher zu dem richtigen Winkel θ_m in einem fehlerfreien Zustand gehört.
Andererseits gibt Kurve 802 die Winkelkorrelation an, wenn ein Kalibrationsfehler auftritt. Für einen richtigen Winkel θ_m ist der Wert f(C, θ) der Bewertungsfunktion eines Ankunftswinkels θ_k, welcher nach dem Auftreten des Kalibrationsfehlers C abgeschätzt wird, ein im Vergleich zu dem Referenzwert niedriger Wert. Für Kurve 802 gehören die Niveauverschiebungen unterhalb/oberhalb einer Kurve 801 dazu, ob der Kalibrationsfehler positiv/negativ ist. Die Winkelabschätzungsvorrichtung 100 bestimmt, dass ein Kalibrationsfehler aufgetreten ist, wenn der Unterschied zwischen den Kurven 801 und 802 einen Schwellenwert überschreitet.
Auf diese Weise vergleicht die Winkelabschätzungsvorrichtung 100 von einem während eines Betriebs erhaltenen Empfangssignal den berechneten Wert f(C, θ), welcher durch eine Bewertungsfunktion f(C, θ) erhalten ist, für welche der Wert für einen Winkel θ in Reaktion auf den Kalibrationsfehler C variiert, und dem Referenzwert f(I, θ_m) für einen fehlerfreien Zustand. Daher kann das Auftreten eines Kalibrationsfehlers autonom während einem Betrieb der Winkelabschätzungsvorrichtung 100 detektiert werden. Insbesondere kann, selbst in einem Zustand, bei welchem der tatsächliche Ankunftswinkel eines Empfangssignals unbekannt ist, das Auftreten eines Kalibrationsfehlers detektiert werden.
Weiter kann, wenn ein Kalibrationsfehler auftritt, eine Warnung ausgegeben werden, wobei der Anwender dazu aufgefordert werden kann, den Kalibrationsfehler zu korrigieren (zu reparieren). Weiter, wenn ein Kalibrationsfehler auftritt, kann beispielsweise ein Korrekturprozess unter Verwendung der oben oder nachfolgend beschriebenen Einheiten ausgeführt werden. Im Ergebnis können Verminderungen in der Abschätzungsgenauigkeit von Ankunftswinkeln durch die Winkelabschätzungsvorrichtung 100 verhindert werden.
Die zweite Ausführungsform der Winkelabschätzungsvorrichtung 100 wird beschrieben. In der ersten Ausführungsform ist eine Abschätzung eines Kalibrationsfehlers durch eine ESPRIT-Technik beschrieben. In der zweiten Ausführungsform wird eine Abschätzung eines Kalibrationsfehlers durch eine Spektrallinienabtastungstechnik beschrieben. In der zweiten Ausführungsform werden sich von der ersten Ausführung unterscheidende Teile beschrieben.
Eine Bewertungsfunktion in Spektrallinienabtasttechniken wie beispielsweise einer Capon-Technik, eine MUSIC-Technik, eine Prism-Technik und einer LP-Technik kann wie folgt hergeleitet werden. Beispielsweise wird, wenn ein Kalibrationsfehler auftritt, Gleichung (10) eine andere Gleichung, welche einen Kalibrationsfehler umfasst.
Hier speichert, wenn ein Kalibrationsfehler nicht vorhanden ist, die Speichereinheit 103, welche in 1 dargestellt ist, einen gemessenen Wert b₀(θ_m) des Modenvektors für einen jeden Winkel und den Einfallswinkel θ_m (m = 1 bis M) für ein jedes durch die Detektionseinheit 104 abgeschätztes Signal. Da der Modenvektor unter Verwendung von Eigenschaften für den Winkel θ von entsprechenden Antennenelementen, wie durch Gleichung (23) angegeben, modelliert werden kann, wird ein Modell b(θ) des Modenvektor unter Verwendung von früheren Daten b₀(θ_m) erzeugt und ähnlich auf der Speichereinheit 103 gespeichert. G ist die Gesamteigenschaft des Empfangsschaltkreises 101 (genauer von analogen Schaltkreisen von den Empfangsantennen 205a bis d bis zu dem A/D-Wandler 208 aus 2).
Weiter, wenn der Einfallswinkel, welcher durch die Abschätzungseinheit 102 während eines Betriebs abgeschätzt wird, ein Winkel nahe (definiert als oberhalb) einem von Einfallswinkeln von auf der Speichereinheit 103 gespeicherten Signalen ist, ersetzt die Detektionseinheit 104 den abgeschätzten Winkel in dem obigen Modenvektormodell. Die Detektionseinheit 104 erzeugt eine Winkelmatrix W = [b(θ1), ..., b(θ_k)] und verwendet diese und ein in einem fehlerfreien Zustand erhaltenes Modenvektormodell b₀(θ) zum Berechnen eines Werts einer durch Gleichung (24) definierten Bewertungsfunktion. Natürlich ist θ in Gleichung (24) eine Variable. b(θ_m) ≡ [g₁(θ_m)exp(jϕ_l,m), ..., g_N(θ_m)_exp(jϕ_l,m)]^T (23) W ≡ [b(θ₁), ..., b(θ_k)] → f(C, θ) = b H / 0(θ)(WW^H)^b ₀(θ) (24)
Der Wert f(C, θ), welche berechnet wird, wenn ein Ankunftswinkel θ_k nahe θ_m erkannt wird, kann unter Verwendung der durch Gleichung (44) angegebenen Bewertungsfunktion f(C, θ) berechnet werden. Der Wert des berechneten Wertes f(C, θ) und des Referenzwerts f(I, θ_m) werden verglichen und, wenn der Unterschied einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann bestimmt werden, dass ein Kalibrationsfehler aufgetreten ist. Der Referenzwert f(I, θ_m) ist ein Wert, welcher durch eine Spektralabtasttechnik, wie der berechnete Wert f(C, θ), berechnet ist
9 ist ein Diagramm (Teil 2), welches ein Beispiel der Detektion des Auftretens eines Kalibrationsfehlers darstellt. Der Graph in 9 stellt ein Beispiel einer Kalibrationsfehlerdetektion unter Verwendung von Gleichung (24) dar in 9 stellt die Hochachse einen Winkel dar und die Querachse stellt eine Winkelkorrelation dar. Kurve 901 in 9 gibt fehlerfreie Werte (Referenzwerte) an. Andererseits stellt Kurve 901 einen Fall dar, bei welchem ein Kalibrationsfehler auftritt. Für die Kurve 902 gehören die Niveauverschiebungen unterhalb/oberhalb der Kurve 901 dazu, ob der Kalibrationsfehler positiv/negativ ist. Wenn der Unterschied der Kurve 901 und 902 bei einem Winkel θ_k in einer Umgebung eines Winkels θ_m einen Schwellenwert überschreitet, wird bestimmt, dass ein Kalibrationsfehler aufgetreten ist.
Auf diese Weise kann, selbst mit einer Spektrallinienabtasttechnik das Auftreten eines Kalibrationsfehlers durch Vergleichen des berechneten Wertes f(C, θ), welcher durch die Bewertungsfunktion f(C, θ) erhalten ist, und des Referenzwerts f(I, θ_m) für einen fehlerfreien Zustand detektiert werden. Somit können Effekte identisch zu denen der ersten Ausführungsform durch die zweite Ausführungsform erhalten werden.
Die Winkelabschätzungsvorrichtung 100 der dritten Ausführungsform wird beschrieben. In der dritten Ausführungsform wird eine Kalibrationsfehlerdetektion beschrieben, welche einen Phasenfehler berücksichtigt. In der dritten Ausführungsform werden sich von der ersten und zweiten Ausführungsform unterscheidende Teile beschrieben.
Die in 1 dargestellte Detektionseinheit 104 extrahiert aus den Ausgangssignalen der Empfangsantennen 205 eine Kombination von 2 Signalen, welche von zueinander unterschiedlichen Antennen her stammen. Für jede Kombination berechnet die Detektionseinheit 104 die räumliche Phase zwischen den 2 Signalen basierend auf dem Intervall der Empfangseinheiten 105 (Empfangsantennen 205), welche die Kombination ausmachen, und ein Abschätzungsergebnis, welches durch die Abschätzungseinheit 102 unter Verwendung der aus der Kombination erhaltenen 2 Signale berechnet wird. Die Detektionseinheit 104 detektiert weiter das Auftreten eines Fehlers in der Gewichtung für die Eigenschaften des Empfangsschaltkreises 101 basierend auf dem Unterschied (räumliche Phasendifferenz), welche für eine jede Kombination berechnet ist.
Insbesondere werden aus Ankunftssignalen, welche durch Empfangsantennen 205 empfangen werden, entsprechende Signale von einem Satz (2 zueinander unterschiedliche Antennen) extrahiert und die räumliche Phase zwischen Signalen, welche an einem jeden Mono-Puls-Radar ankommen, wird als das Mono-Puls-Radar eines _NC₂ Satzes berechnet. Phasenkomponenten einer Fehlermatrix (siehe Gleichung (13)) können aus der Phasenabweichung eines jeden Satzes bestimmt werden. Insbesondere ist Gleichung (25) für eine Phasendifferenz z_r durch Identifizieren der Verfahren zum Kombinieren (p, q) durch eine geeignete Anzahl, r = 1 ... _NC₂, erhalten, wobei ein Winkel eines Ziels, welches aus einem Mono-Puls-Radar mit p-ten und q-ten Antennen erhalten ist (wobei das Antennenintervall als d_pq angenommen wird, und α_pq = d_pq/λ) wird als χ_q angenommen (unnötig zu erwähnen, wenn es mehrere Ziele gibt, ist χ_q ein zusammengesetzter Vektorwert des Winkels eines jeden Ziels).
α_r ist eine durch d_r bestimmte Konstante und daher wird Gleichung (26) erhalten, welche eine Phase betrifft.
Gleichung (26) wird für _NC₂ Sätze erhalten. Falls es keinen Kalibrationsfehler gibt, sollte jedes χ_r denselben Wert annehmen. Daher wird, falls χ_r von einem anderen abweicht, angenommen, dass ein Phasenfehler (Kalibrationsfehler) aufgetreten ist. Hier ist beispielsweise durch ein Ersetzen eines Parametervektors φ, welcher eine Bewertungsfunktion ε(C; φ) durch Gleichung (27) definiert, und erhalten als ein Problem von kleinsten Quadraten, ein Wert von φ, welcher die Gleichung minimiert, die Lösung eines abgeschätzten Werts des Phasenfehlers. In Gleichung (27) ist ein Beispiel einer Entwicklung dargestellt.
Aus Gleichung (27) kann ein Phasenfehler in einem Kalkulationsfehler detektiert werden. Entsprechend der dritten Ausführungsform kann das Auftreten eines Kalibrationsfehlers (Phasenfehlers) während eines Betriebs der Winkelabschätzungsvorrichtung 100 autonom detektiert werden. Insbesondere kann, selbst in einem Zustand, bei welchem der tatsächliche Ankunftswinkel eines Empfangssignals unbekannt ist, ein Phasenfehler durch solche Operationen wie oben detektiert werden.
Die Winkelabschätzungsvorrichtung 100 der vierten Ausführungsform wird beschrieben. In der vierten Ausführungsform wird eine Detektion eines Kalibrationsfehlers unter Verwendung eines rauschspezifischen Vektors E_n beschrieben. In der vierten Ausführungsform werden sich von der ersten bis dritten Ausführungsform unterscheidenden Teile beschrieben.
Die Detektionseinheit 104, welche in 1 dargestellt ist, berechnet einen Bewertungswert durch eine Bewertungsfunktion basierend auf einem gemessenen Wert eines durch die Speichereinheit 103 gespeicherten Modenvektors, wenn ein Einfallswinkel von durch die Abschätzungseinheit 102 abgeschätzten Signalen ein gegebener Einfallswinkel (zum Beispiel, θ_k) ist. Die Bewertungsfunktion ist eine Funktion, welche einen Bewertungswert berechnen kann, welcher entsprechend dem Einfallswinkel eines Signals und dem Kalibrationsfehler variiert.
Die Bewertungsfunktion wird durch die Matrix W (beispielsweise siehe Gleichung (20)) und eine Matrix E_n (zur Vereinfachung nachfolgend als ein „rauschspezifischer Vektor” angegeben) wiedergegeben, welche aus rauschspezifischen Vektoren besteht, welche durch Anwenden der MUSIC-Technik für Einfallswinkel θ_m (m = 1 bis M) in einem Zustand frei von einem Gewichtungsfehler erhalten werden.
Die Matrix W ist beispielsweise eine Matrix, welche auf einem Messwert eines durch die Speichereinheit 103 gespeicherten Modenvektor und einer Funktion, welche einen Bewertungswert berechnen kann, welcher entsprechend dem Einfallswinkel von Signalen und dem Kalibrationsfehler variiert, basiert. Die Matrix W kann beispielsweise durch Gleichung (28) ausgedrückt werden. V ist eine Matrix, welche aus Eigenvektoren, welche eine gegebene Matrix (zum Beispiel U₁ ^–1U₂ in Eigenwerte zerlegen (siehe Gleichung (18))), erhalten wird, welche verwendet wird, wenn eine Winkelabschätzung an der Abschätzungseinheit 102 ausgeführt wird. Ω stellt Eigenwerte der gegebenen Matrix (zum Beispiel, U₁ ^–1U₂) dar.
Weiter ist beispielsweise L ein Vektor, welcher, ähnlich zu J₁ und J₂ ein bestimmtes Element aus einer Matrix extrahiert (siehe Gleichung (16)). 0₁x₂, was L darstellt, stellt einen einreihigen, zwei-spaltigen Reihenvektor dar; 1 stellt den Skalar dar (die Spaltenanzahl von L ist definiert, äquivalent zu der Reihenanzahl von V^–H, und der Wert von nur einer Spalte ist gleich 1. In diesem Beispiel ist das Endelement als gleich 1 angegeben). Weiter kann beispielsweise L durch 0_mx_n wiedergegeben werden, was einen m reihigen, n-spaltigen Reihenvektor darstellt. In diesem Fall kann der Wert von nur einer Spalte gleich 1 sein oder der Wert von nur einer Spalte kann ein anderer Wert als 1 sein.
Beispielsweise kann die Matrix W eine Matrix sein, welche auf einer Kombination V, Ω von mehreren Matrizen basiert, welche erhalten werden, wenn eine gegebenen Matrix U₁ ^–1U₂ (siehe Gleichung (18)) verwendet wird, wenn der Einfallswinkel von Signalen basierend auf dem räumlichen Phasenunterschied von Signalen bei der Empfangseinheit 105 abgeschätzt wird. Weiter kann die Matrix W eine Winkelmatrix sein, welche durch Gleichungen (23) und (24) in der zweiten Ausführungsform definiert ist.
Die Bewertungsfunktion in den vorliegenden Ausführungsformen wird durch eine Gleichung definiert, für welche f(C, θ) = E_nW^H. Die Detektionseinheit 104 detektiert das Auftreten eines Kalibrationsfehlers basierend auf der Bewertungsfunktion, dem rauschspezifischen Vektor E_n und der Matrix W.
Die Detektionseinheit 104 kann von der Speichereinheit 103 einen rauschspezifischen Vektor E_n, welcher in der Speichereinheit 103 vorab gespeichert ist, erhalten werden, wenn der Einfallswinkel von Signalen, welche durch die Abschätzungseinheit 102 abgeschätzt werden, ein gegebener Einfallswinkel ist. Weiter kann die Detektionseinheit 104 den rauschspezifischen Vektor E_n berechnen, wenn der Einfallswinkel von Signalen, welche durch die Abschätzungseinheit 102 abgeschätzt werden, ein gegebener Einfallswinkel ist.
Insbesondere werden in der vierten Ausführungsform die rauschspezifischen Vektoren E_n unter Verwendung der MUSIC-Technik für die Matrix W (= A₀) und Winkel m (m = 1 bis M) nach einer Kalibration erhalten und gespeichert. Ein rauschspezifischer Vektor E_n ist ein in einem Kalibrationsfehler freien Zustand berechneter Wert. Weiter ist ein rauschspezifischer Vektor E_n beispielsweise ein Wert, welcher nur berechnet werden kann, wenn der Unterschied einer „Anzahl von den Empfangsantennen 205” weniger die „Anzahl von Signalen” gleich 1 oder größer ist. Die Anzahl von Signalen ist die Anzahl von Zielen. Beispielsweise ist, wenn es 4 der Empfangsantennen 205 gibt, der rauschspezifische Vektor E_n ein Vektor, welcher berechnet werden kann, wenn die Anzahl von Zielen gleich 3 oder geringer ist.
Ein rauschspezifischer Vektor E_n ist ein rauschspezifischer Vektor, welcher unter Verwendung einer MUSIC-Technik berechnet ist. Die MUSIC-Technik ist eine Technik zum Anwenden einer Eigenwertzerlegung auf eine Signal-Kovarianzmatrix, zum Ausdrücken der Matrix durch einen signalspezifischen raumaufspannenden Vektoren und einen rauschspezifischen raumaufspannenden Vektoren und Ausführen einer Winkelabschätzung eines Ziels unter Verwendung der Orthogonalität von einem Signal-Unterraum und einem Rausch-Unterraum.
In Gleichung (29) ist ein Beziehungsausdruck, welcher durch Zerlegen der Signal-Kovarianzmatrix R_VV in Eigenwerte erhalten wird, angegeben. Es ist eine Matrix, welche als Elemente die Signal-Unterräume aufspannenden Eigenvektoren aufweist; E_n ist eine Matrix, welche als Elemente die Rausch-Unterräume aufspannenden Vektoren aufweist; Λ_s ist ein Eigenwert zwischen Signal-Unterräumen; und σ² ist die Rauschleistung. In Gleichung (29) stellt v Ankunftssignale dar, s stellt Signale dar und n stellt ein Rauschen dar. R_vv = E_sΛ_sE H / s + σ²E_nE_n (29)
Hier ist, wie bekannt, die Matrix Es von die Signal-Unterräume aufspannenden Vektoren parallel zu der Signal-Winkelmatrix, das heißt, E_s//A₀. Andererseits ist, da E_s⊥E_n richtig ist, E_n⊥A₀ richtig und entsprechend, wenn kein Kalibrationsfehler vorhanden ist, ist E_sE_n = 0 richtig. Daher, wenn kein Kalibrationsfehler vorhanden ist, f(I, θ) = E_nW^H = E_nA₀ ^H = 0. Andererseits, wenn ein Kalibrationsfehler aufgetreten ist, f(C, θ) = E_nW^H = E_nCA^H ≠ 0. Auf diese Weise kann ein Kalibrationsfehler entsprechend erkannt werden, ob f(C, θ) gleich 0 ist.
Entsprechend der vierten Ausführungsform kann das Auftreten eines Kalibrationsfehlers autonom während eines Betriebs der Winkelabschätzungsvorrichtung 100 detektiert werden insbesondere kann, selbst in einem Zustand, bei welchem der tatsächliche Ankunftswinkel eines Empfangssignals unbekannt ist, das Auftreten eines Kalibrationsfehlers detektiert werden.
Entsprechend einem Aspekt kann das Auftreten eines Kalibrationsfehlers detektiert werden.
Alle Beispiele und eine konditionelle Sprache, welche hierin bereitgestellt ist, sind für pädagogische Zwecke zum Unterstützen des Lesers bei einem Verstehen der Erfindung und der Konzepte, welche durch den Erfinder beigetragen sind, um den Stand der Technik zu fördern, gedacht und sind nicht als Beschränkungen zu solchen bestimmten wiedergegebenen Beispielen und Bedingungen zu verstehen, noch betrifft die Organisation solcher Beispiele in der Beschreibung ein Aufzeigen der Überlegenheit und Unterlegenheit der Erfindung. Obwohl eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genau beschrieben wurden, sollte verstanden werden, dass die verschiedenen Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen hierzu ausgeführt werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzbereich der Erfindungen abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-103132 [0002, 0054]
JP 2006/067869 [0002]

Claims

Eine Winkelabschätzungsvorrichtung (100), umfassend: einen Empfangsschaltkreis (101), ausgebildet zum Umfassen eines Signalprozessors und einer Vielzahl von Empfangselementen (105) und zum Verwenden einer Gewichtung, welche durch eine Kalibration zum Gewichten von auf die Vielzahl von Empfangselementen (105) einfallenden jeweiligen Signalen eingestellt ist; einen Abschätzungsschaltkreis (102), ausgebildet zum Abschätzen basierend auf den durch den Empfangsschaltkreis (101) gewichteten jeweiligen Signalen eines Einfallswinkels der jeweiligen Signale; einen Speicherschaltkreis (103), ausgebildet zum Speichern eines gemessenen Werts eines Eigenschaften des Empfangsschaltkreises (101) wiederspiegelnden Modenvektors in einem fehlerfreien Zustand der Gewichtung für die Eigenschaften des Empfangsschaltkreises (101) und zum Korrelieren und Speichern des Einfallswinkels der jeweiligen durch den Abschätzungsschaltkreis (102) abgeschätzten Signale und für den fehlerfreien Zustand ein Berechnungsergebnis eines Bewertungswerts durch eine Bewertungsfunktion, welche zum Berechnen des Bewertungswerts geeignet ist, welcher entsprechend dem Einfallswinkel der jeweiligen Signale und einem Fehler variiert; ein Detektionsschaltkreis (104), ausgebildet zum Berechnen des Bewertungswerts basierend auf der Bewertungsfunktion und dem gemessenen Wert des durch den Speicherschaltkreis (103) gespeicherten Modenvektors, wenn der Einfallswinkel der jeweiligen durch den Abschätzungsschaltkreis (102) abgeschätzten Signale ein Winkel ist, welcher zu einem Wert nahe zu dem Einfallswinkel von den jeweiligen durch den Speicherschaltkreis (103) gespeicherten Signalen gehört, und zum Detektieren eines Auftretens eines Fehlers basierend auf einem Vergleich des durch den Speicherschaltkreis (103) gespeicherten Bewertungswerts und des berechneten Bewertungswerts.
Winkelabschätzungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Abschätzungsschaltkreis (102) den Einfallswinkel durch Verwenden einer räumlichen Phasendifferenz zwischen den jeweiligen Signalen an der Vielzahl von Empfangselementen (105) abschätzt, und die Bewertungsfunktion eine Funktion ist (Gleichung (30)), welche unter Verwendung einer Matrix W definiert ist, die erzeugt ist durch eine Kombination einer Vielzahl von Matrizen, erhalten durch Zerlegen einer gegebenen für eine Winkelabschätzung am Abschätzungsschaltkreis (102) verwendeten Matrix in Eigenwerte, f(C, θ) = a H / 0(θ)(WW^H)a₀(θ) (30) wobei in Gleichung (30) C den Fehler darstellt, θ den durch den Abschätzungsschaltkreis (102) abgeschätzten Einfallswinkel darstellt, a₀(θ) den Modenvektor darstellt und H eine komplex konjugierte Transponierte darstellt.
Winkelabschätzungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, wobei der Detektionsschaltkreis (104) ein Empfangselement (105) detektiert, bei welchem der Fehler aufgetreten ist, aus der Vielzahl von Empfangselementen (105), basierend auf einem Wert, welcher den Fehler betrifft und aus einem Diagonalelement von WW^H in Gleichung (30) erhalten ist.
Winkelabschätzungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, wobei der Detektionsschaltkreis (104) eine Amplitudenkomponente des Fehlers basierend auf einem den Fehler betreffenden Wert detektiert.
Winkelabschätzungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Detektionsschaltkreis (104) einen Wert des Fehlers basierend auf der Matrix W aus Gleichung (30) und einer verallgemeinerten Inversmatrix einer Winkelmatrix A₀ = [a₀(θ1), ..., a₀(θ_k)] detektiert.
Winkelabschätzungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Empfangsschaltkreis (101) einen Verstärker, welcher zum Verstärken der jeweiligen durch die Vielzahl von Empfangselementen (105) empfangenen Signale ausgebildet ist, einen Mischer, welcher zum Modulieren der jeweiligen von dem Verstärker ausgegebenen Signale ausgebildet ist, einen Analog-zu-Digital-Wandler, welcher zum Wandeln einer Ausgabe von dem Mischer in ein digitales Signal ausgebildet ist, und den Signalprozessor umfasst, der Abschätzungsschaltkreis (102) den Einfallswinkel der jeweiligen Signale basierend auf einer Abtastung eines Winkelspektrums der jeweiligen durch den Empfangsschaltkreis (101) gewichteten Signale abschätzt, der Speicherschaltkreis (103) ein Modenvektormodell b(θ_m) (Gleichung (31) wobei der Winkel als eine Variable behandelt wird) durch Verwenden des gemessenen Wertes b₀(θ_m) des Modenvektors basierend auf dem Einfallswinkel θ_m (m = 1 bis M) der jeweiligen durch den Abschätzungsschaltkreis (102) abgeschätzten Signale erzeugt und speichert, der Detektionsschaltkreis (104) den abgeschätzten Winkel θ_k für θ_m in dem Modenvektormodell b(θ_m) ersetzt, eine Winkelmatrix W = [b(θ1), ..., b(θ_k)] erzeugt und den Bewertungswert basierend auf der Bewertungsfunktion (Gleichung (32)) berechnet, wenn der durch den Abschätzungsschaltkreis (102) abgeschätzte Einfallswinkel der Winkel nahe dem Einfallswinkel θ_m der jeweiligen durch den Speicherschaltkreis (103) gespeicherten Signale ist, b(θ_m) ≡ [g₁(θ_m)exp(jϕ_l,m), ..., g_N(θ_m)exp(jϕ_N,m]^T (31) f(C, θ) = b H / 0(θ)(WW^H)b₀(θ) (32) wobei in Gleichung (31) θ den durch den Abschätzungsschaltkreis (102) abgeschätzten Einfallswinkel darstellt, g Gesamteigenschaften des Empfangsschaltkreises (101) darstellt, welcher ein analoger Schaltkreis aus der Vielzahl von Empfangselementen (105) bis zu dem Analog-zu-Digital-Wandler ist, j eine imaginäre Einheit darstellt, φ eine räumliche Phase darstellt und T eine Transponierte darstellt; in Gleichung (32) stellt C den Fehler dar, b₀ (θ) stellt den Modenvektor dar, W stellt die Winkelmatrix dar und H stellt eine komplex konjugiert Transponierte dar.
Eine Winkelabschätzungsvorrichtung (100), umfassend: einen Empfangsschaltkreis (101), ausgebildet zum Umfassen eines Signalprozessors und einer Vielzahl von Empfangselementen (105) und zum Verwenden einer Gewichtung, welche durch eine Kalibration zum Gewichten von jeweiligen auf die Vielzahl von Empfangselementen (105) einfallenden Signalen eingestellt ist; einen Abschätzungsschaltkreis (102), ausgebildet zum Abschätzen basierend auf den jeweiligen durch den Empfangsschaltkreis (101) gewichteten Signalen eines Einfallswinkels der jeweiligen Signale; und einen Detektionsschaltkreis (104), ausgebildet zum Berechnen für eine jede Kombination von Signalen aus zwei zueinander unterschiedlichen Empfangselementen (105), einer räumlichen Phase der Kombination basierend auf einem Abschätzungsergebnis, welches durch den Abschätzungsschaltkreis (102) berechnet ist, unter Verwendung von aus der Kombination erhaltenen zwei Signalen und einem Intervall der Empfangselemente (105), welche die Kombination bilden, wobei der Detektionsschaltkreis (104) weiter konfiguriert ist, ein Auftreten eines Fehlers der Gewichtung für Eigenschaften des Empfangsschaltkreises (101) basierend auf einem Unterschied zwischen der für eine jede Kombination berechneten räumlichen Phase zu detektieren.
Eine Winkelabschätzungsvorrichtung (100), umfassend: einen Empfangsschaltkreis (101), ausgebildet zum Umfassen eines Signalprozessors und einer Vielzahl von Empfangselementen (105) und zum Verwenden einer Gewichtung, welche durch eine Kalibration zum Gewichten von jeweiligen auf die Vielzahl von Empfangselementen (105) einfallenden Signalen eingestellt ist; ein Abschätzungsschaltkreis (102), ausgebildet zum Abschätzen basierend auf den jeweiligen durch den Empfangsschaltkreis (101) gewichteten Signalen eines Einfallswinkels der jeweiligen Signale; einen Speicherschaltkreis (103), ausgebildet zum Speichern eines gemessenen Werts eines Modenvektors, welcher Eigenschaften des Empfangsschaltkreises (101) wiedergibt, in einem fehlerfreien Zustand der Gewichtung für die Eigenschaften des Empfangsschaltkreises (101); einen Detektionsschaltkreis (104), ausgebildet zum Berechnen einer Matrix W (Gleichung (33)) basierend auf dem gemessenen Wert des durch den Speicherschaltkreis (103) gespeicherten Modenvektors und einer Funktion, welche zum Berechnen eines Bewertungswerts geeignet ist, welcher entsprechend dem Einfallswinkel der jeweiligen Signale und einem Fehler variiert, wobei der Detektionsschaltkreis (104) weiter ausgebildet ist, ein Auftreten des Fehlers basierend auf der berechneten Matrix W, einem rauschspezifischen Vektor E_n, welcher durch eine Mehrfach-Signal-Klassifikation-Technik für eine Vielzahl von Einfallswinkeln θ_m (m = 1 bis M) in dem fehlerfreien Zustand der Gewichtung erhalten ist, und einer gegebenen Funktion (Gleichung (34)) zu detektieren, wenn der Einfallswinkel der durch den Abschätzungsschaltkreis (102) abgeschätzten jeweiligen Signale ein gegebener Einfallswinkel ist,
wobei in den Gleichungen (33) und (34) V eine Matrix darstellt, welche aus Eigenvektoren erhalten ist, welche eine gegebene Matrix (U₁ ^–1U₂), welche für eine Winkelabschätzung bei dem Abschätzungsschaltkreis (102) verwendet wird, in Eigenwerte zerlegen, Ω die Eigenwerte der gegebenen Matrix darstellt, H eine komplex konjugiert Transponierte darstellt, C den Fehler darstellt und θ den durch den Abschätzungsschaltkreis (102) abgeschätzten Einfallswinkel darstellt.