JP2000121715A - 方向探知装置 - Google Patents
方向探知装置Info
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- JP2000121715A JP2000121715A JP10296394A JP29639498A JP2000121715A JP 2000121715 A JP2000121715 A JP 2000121715A JP 10296394 A JP10296394 A JP 10296394A JP 29639498 A JP29639498 A JP 29639498A JP 2000121715 A JP2000121715 A JP 2000121715A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 配列されたアンテナにおいて電波源からの電
波の到来方向を推定する場合、到来方向の推定値の精度
を高める方向探知装置を得る。 【解決手段】 電波源からの電波の到来方向推定値の頻
度分布を算出するにあたり、頻度分布の区間の初期値を
適当に選ぶことにより、頻度分布をある区間に集中させ
ることができ、従って最大値算出器で得られる角度推定
値の精度を高めることができる。
波の到来方向を推定する場合、到来方向の推定値の精度
を高める方向探知装置を得る。 【解決手段】 電波源からの電波の到来方向推定値の頻
度分布を算出するにあたり、頻度分布の区間の初期値を
適当に選ぶことにより、頻度分布をある区間に集中させ
ることができ、従って最大値算出器で得られる角度推定
値の精度を高めることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は単一もしくは複数
の電波源から伝搬する波動の方向を高い精度で求める方
向探知装置に関するものである。
の電波源から伝搬する波動の方向を高い精度で求める方
向探知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来の方向探知装置を示すもの
で、この図はＲａｌｆｈ Ｏ．Ｓｃｈｍｉｄｔ著、「Ｍ
ｕｌｔｉｆｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ
ａｎｄＳｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍ
ａｔｉｏｎ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ａｎｔｅｎ
ｎａ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇｕｔｉｏｎ，ｖｏｌ．ＡＰ
−３４，ｎｏ．３，Ｍａｒｃｈ １９８６に記述されて
いる内容にもとづいた方向探知装置の構成図である。
で、この図はＲａｌｆｈ Ｏ．Ｓｃｈｍｉｄｔ著、「Ｍ
ｕｌｔｉｆｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ
ａｎｄＳｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍ
ａｔｉｏｎ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ａｎｔｅｎ
ｎａ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇｕｔｉｏｎ，ｖｏｌ．ＡＰ
−３４，ｎｏ．３，Ｍａｒｃｈ １９８６に記述されて
いる内容にもとづいた方向探知装置の構成図である。
【０００３】図６において、１−１，１−２，・・・，
１−Ｍは電波源からの電波を受信する同一仕様のＭ個の
アンテナ、２−１，２−２，・・・，２−Ｍはそれぞれ
上記アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｍで受信さ
れた電波を増幅、周波数変換を行う同一仕様のＭ個の受
信機、３はＭ個の上記受信機の出力を同時にサンプリン
グし、かつ複数回スナップショットを行って共分散行列
を算出する共分散行列算出器、４は上記共分散行列より
固有値、固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル
算出器、７は電波源を仮想したとき予測されるモードベ
クトルを算出するモードベクトル発生器、５は固有値・
固有ベクトル算出器４で得られた固有値および固有ベク
トルにもとづいて張られる雑音部分空間にモードベクト
ル発生器７で算出したモードベクトルを射影して、その
射影長を算出する雑音部分空間射影長算出器、６は仮想
電波源を空間上で走査して雑音部分空間射影長算出器５
より出力される射影長が極小になるときの仮想電波源の
位置する方向を算出する射影長極小値算出器、８は上記
アンテナから上記射影長極小値算出器までの処理を複数
回繰り返して上記仮想電波源の位置する方向をそれぞれ
電波源に対して複数個求めて、上記の複数の方向から頻
度分布を算出する頻度分布算出器、９は上記頻度分布算
出器の出力により求めた頻度分布の最大値に対応する上
記仮想電波源の位置する方向を出力する最大値算出器で
ある。
１−Ｍは電波源からの電波を受信する同一仕様のＭ個の
アンテナ、２−１，２−２，・・・，２−Ｍはそれぞれ
上記アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｍで受信さ
れた電波を増幅、周波数変換を行う同一仕様のＭ個の受
信機、３はＭ個の上記受信機の出力を同時にサンプリン
グし、かつ複数回スナップショットを行って共分散行列
を算出する共分散行列算出器、４は上記共分散行列より
固有値、固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル
算出器、７は電波源を仮想したとき予測されるモードベ
クトルを算出するモードベクトル発生器、５は固有値・
固有ベクトル算出器４で得られた固有値および固有ベク
トルにもとづいて張られる雑音部分空間にモードベクト
ル発生器７で算出したモードベクトルを射影して、その
射影長を算出する雑音部分空間射影長算出器、６は仮想
電波源を空間上で走査して雑音部分空間射影長算出器５
より出力される射影長が極小になるときの仮想電波源の
位置する方向を算出する射影長極小値算出器、８は上記
アンテナから上記射影長極小値算出器までの処理を複数
回繰り返して上記仮想電波源の位置する方向をそれぞれ
電波源に対して複数個求めて、上記の複数の方向から頻
度分布を算出する頻度分布算出器、９は上記頻度分布算
出器の出力により求めた頻度分布の最大値に対応する上
記仮想電波源の位置する方向を出力する最大値算出器で
ある。
【０００４】次に動作について説明する。電波源の個数
Ｄがアンテナ１の個数Ｍより少ないとし、各電波源によ
る信号は互いに無相関とする。さて、Ｍ個のアンテナ１
の出力はそれぞれ受信機２に入力されて、増幅、周波数
変換が行われる。
Ｄがアンテナ１の個数Ｍより少ないとし、各電波源によ
る信号は互いに無相関とする。さて、Ｍ個のアンテナ１
の出力はそれぞれ受信機２に入力されて、増幅、周波数
変換が行われる。
【０００５】そして、Ｍ個の受信機２の出力はそれぞれ
共分散行列算出器３に入力される。ここで、Ｍ個の受信
機２の出力をＳ1 ，Ｓ2 ，・・・，ＳM とするとき信号
ベクトルは数１で表される。
共分散行列算出器３に入力される。ここで、Ｍ個の受信
機２の出力をＳ1 ，Ｓ2 ，・・・，ＳM とするとき信号
ベクトルは数１で表される。
【０００６】
【数１】
【０００７】共分散行列を求めるにあたり、Ｐ回のスナ
ップショットを行うものとすれば共分散行列算出器３で
は数２に示す値が算出される。
ップショットを行うものとすれば共分散行列算出器３で
は数２に示す値が算出される。
【０００８】
【数２】
【０００９】ただし、＊は複素共役またはエルミート共
役を表わす。
役を表わす。
【００１０】固有値・固有ベクトル算出器４では、得ら
れた共分散行列にもとづいてＭ個の固有値が求められ、
それぞれの固有値に対応して固有ベクトルが算出され
て、これらの結果は雑音部分空間射影長算出器５に入力
される。上記の固有値をλ1 ，λ2 ，・・・，λM と
し、対応する固有ベクトルをＸ1 ，Ｘ2 ，・・・，ＸM
とすれば数２を用いて数３により与えられる。
れた共分散行列にもとづいてＭ個の固有値が求められ、
それぞれの固有値に対応して固有ベクトルが算出され
て、これらの結果は雑音部分空間射影長算出器５に入力
される。上記の固有値をλ1 ，λ2 ，・・・，λM と
し、対応する固有ベクトルをＸ1 ，Ｘ2 ，・・・，ＸM
とすれば数２を用いて数３により与えられる。
【００１１】
【数３】
【００１２】このとき、共分散行列は正定値行列とな
り、固有値はすべて零より大きくなる。受信機２の受信
機雑音の標準偏差はすべて等しいものとし、これをσと
すればＤ個の信号が無相関という前述の仮定から数４が
成り立つ。
り、固有値はすべて零より大きくなる。受信機２の受信
機雑音の標準偏差はすべて等しいものとし、これをσと
すればＤ個の信号が無相関という前述の仮定から数４が
成り立つ。
【００１３】
【数４】
【００１４】固有値λ1 ，λ2 ，・・・，λD に対応す
る固有ベクトルをＸ1 ，Ｘ2 ，・・・，ＸD とし、λ
D+1 ，λD+2 ，・・・，λM に対応する固有ベクトルを
ＸD+1，ＸD+2 ，・・・，ＸM とすればＸ1 ，Ｘ2 ，・
・・，ＸD により張られる信号部分空間と、ＸD+1 ，Ｘ
D+2 ，・・・，ＸM により張られる雑音部分空間は互い
に直交補空間となる。
る固有ベクトルをＸ1 ，Ｘ2 ，・・・，ＸD とし、λ
D+1 ，λD+2 ，・・・，λM に対応する固有ベクトルを
ＸD+1，ＸD+2 ，・・・，ＸM とすればＸ1 ，Ｘ2 ，・
・・，ＸD により張られる信号部分空間と、ＸD+1 ，Ｘ
D+2 ，・・・，ＸM により張られる雑音部分空間は互い
に直交補空間となる。
【００１５】ここで、モードベクトル発生器７はＭ個の
アンテナ１が配列されているとき、ある角度θの方向に
電波源が存在すると仮定した場合におけるＭ個のアンテ
ナ出力のデータ、即ち、モードベクトルが蓄えられてい
るもので、通常、この角度θは所定の範囲にわたってい
る。
アンテナ１が配列されているとき、ある角度θの方向に
電波源が存在すると仮定した場合におけるＭ個のアンテ
ナ出力のデータ、即ち、モードベクトルが蓄えられてい
るもので、通常、この角度θは所定の範囲にわたってい
る。
【００１６】従って、モードベクトル発生器７よりある
角度θにおけるモードベクトルが発生され、雑音部分空
間射影長算出器５に入力される。一方、雑音部分空間射
影長算出器５では、入力された固有値、固有ベクトルに
もとづいて雑音部分空間が張られ、モードベクトルが雑
音部分空間に射影される。このモードベクトルをａ
（θ）とおけば数５で与えられる射影長Ｒａ（θ）が雑
音部分空間射影長算出器５より出力される。
角度θにおけるモードベクトルが発生され、雑音部分空
間射影長算出器５に入力される。一方、雑音部分空間射
影長算出器５では、入力された固有値、固有ベクトルに
もとづいて雑音部分空間が張られ、モードベクトルが雑
音部分空間に射影される。このモードベクトルをａ
（θ）とおけば数５で与えられる射影長Ｒａ（θ）が雑
音部分空間射影長算出器５より出力される。
【００１７】
【数５】
【００１８】射影長極小値算出器６ではモードベクトル
ａ（θ）の射影長Ｒａ（θ）がθの関数として得られ、
その極小値を与えるθの値θ1 ，θ2 ，・・・，θD が
求められる。
ａ（θ）の射影長Ｒａ（θ）がθの関数として得られ、
その極小値を与えるθの値θ1 ，θ2 ，・・・，θD が
求められる。
【００１９】θ1 ，θ2 ，・・・，θD はそれぞれＤ個
の電波源が存在する方向の角度推定値となる。ただし、
ここでは説明の便宜上角度推定値は一次元の角度推定値
としているが、三次元空間内に電波源が存在すれば角度
推定値はアジマス、エレベーションからなる２次元の値
となる。
の電波源が存在する方向の角度推定値となる。ただし、
ここでは説明の便宜上角度推定値は一次元の角度推定値
としているが、三次元空間内に電波源が存在すれば角度
推定値はアジマス、エレベーションからなる２次元の値
となる。
【００２０】次に、アンテナ１から射影長極小値算出器
６までの処理を複数回繰り返してθ1 ，θ2 ，・・・，
θD の頻度分布を頻度分布算出器８により算出する。上
記頻度分布算出器８で得られた頻度分布よりあらかじめ
設定された角度θi に対応する区間ごとに頻度の最大値
を検出してＤ個の電波源が存在する方向の角度推定値を
最大値算出器９により算出する。
６までの処理を複数回繰り返してθ1 ，θ2 ，・・・，
θD の頻度分布を頻度分布算出器８により算出する。上
記頻度分布算出器８で得られた頻度分布よりあらかじめ
設定された角度θi に対応する区間ごとに頻度の最大値
を検出してＤ個の電波源が存在する方向の角度推定値を
最大値算出器９により算出する。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】従来の方向探知装置は
以上のように構成されているので、頻度分布算出器８に
より頻度分布を求める際の区間の選び方によって、例え
ば図７に示すように隣接した区間においてθj ，θk の
ような頻度の差が小さく、かつ値の大きい最大値候補が
複数存在して最大値の位置が不明確になる。従って、電
波源の存在する方向の角度推定精度が劣化する問題があ
った。
以上のように構成されているので、頻度分布算出器８に
より頻度分布を求める際の区間の選び方によって、例え
ば図７に示すように隣接した区間においてθj ，θk の
ような頻度の差が小さく、かつ値の大きい最大値候補が
複数存在して最大値の位置が不明確になる。従って、電
波源の存在する方向の角度推定精度が劣化する問題があ
った。
【００２２】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので電波源の存在する方向の角度推定
精度を向上させることを目的とする。
ためになされたもので電波源の存在する方向の角度推定
精度を向上させることを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】第１の発明による方向探
知装置は、電波源からの電波を受信する同一仕様の複数
のアンテナと、上記複数のアンテナそれぞれに対応して
接続された同一仕様の複数の受信機と、上記受信機の出
力にもとづいて共分散行列を算出する共分散行列算出器
と、上記共分散行列算出器より出力される共分散行列よ
り固有値および固有ベクトルを算出する固有値・固有ベ
クトル算出器と、上記アンテナの配列にもとづき、かつ
仮想電波源の位置する方向の関数で表されるモードベク
トルを算出するモードベクトル発生器と、上記固有値・
固有ベクトル算出器より出力される固有値および固有ベ
クトルにもとづいて張られる雑音部分空間に上記モード
ベクトル発生器より出力されるモードベクトルを射影
し、その射影長を算出する雑音部分空間射影長算出器
と、上記雑音部分空間射影長算出器より出力される上記
射影長が極小となるときの上記仮想電波源の位置する方
向を複数求め、上記複数の方向を出力する射影長極小値
算出器と、上記射影長極小値算出器から与えられる上記
複数の方向を包含する範囲内で区切られた複数の区間毎
に、上記それぞれの方向が占める頻度分布を算出する頻
度分布算出器と、上記頻度分布算出器における頻度分布
の区間を設定し、隣接する上記区間において複数の最大
値候補が存在するときに上記区間を変更する区間設定器
と、上記頻度分布算出器により求めた頻度分布の最大値
に対応する上記仮想電波源の位置する方向を出力する最
大値算出器とを備えたものである。
知装置は、電波源からの電波を受信する同一仕様の複数
のアンテナと、上記複数のアンテナそれぞれに対応して
接続された同一仕様の複数の受信機と、上記受信機の出
力にもとづいて共分散行列を算出する共分散行列算出器
と、上記共分散行列算出器より出力される共分散行列よ
り固有値および固有ベクトルを算出する固有値・固有ベ
クトル算出器と、上記アンテナの配列にもとづき、かつ
仮想電波源の位置する方向の関数で表されるモードベク
トルを算出するモードベクトル発生器と、上記固有値・
固有ベクトル算出器より出力される固有値および固有ベ
クトルにもとづいて張られる雑音部分空間に上記モード
ベクトル発生器より出力されるモードベクトルを射影
し、その射影長を算出する雑音部分空間射影長算出器
と、上記雑音部分空間射影長算出器より出力される上記
射影長が極小となるときの上記仮想電波源の位置する方
向を複数求め、上記複数の方向を出力する射影長極小値
算出器と、上記射影長極小値算出器から与えられる上記
複数の方向を包含する範囲内で区切られた複数の区間毎
に、上記それぞれの方向が占める頻度分布を算出する頻
度分布算出器と、上記頻度分布算出器における頻度分布
の区間を設定し、隣接する上記区間において複数の最大
値候補が存在するときに上記区間を変更する区間設定器
と、上記頻度分布算出器により求めた頻度分布の最大値
に対応する上記仮想電波源の位置する方向を出力する最
大値算出器とを備えたものである。
【００２４】第２の発明による方向探知装置は、電波源
からの電波を受信する同一仕様の複数のアンテナと、上
記複数のアンテナそれぞれに対応して接続された同一仕
様の複数の受信機と、上記受信機の出力にもとづいて共
分散行列を算出する共分散行列算出器と、上記共分散行
列算出器より出力される共分散行列より固有値および固
有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル算出器と、
上記アンテナの配列にもとづき、かつ仮想電波源の位置
する方向の関数で表されるモードベクトルを算出するモ
ードベクトル発生器と、上記固有値・固有ベクトル算出
器より出力される固有値および固有ベクトルにもとづい
て張られる雑音部分空間に上記モードベクトル発生器よ
り出力されるモードベクトルを射影し、その射影長を算
出する雑音部分空間射影長算出器と、上記雑音部分空間
射影長算出器より出力される上記射影長が極小となると
きの上記仮想電波源の位置する方向を複数求め、上記複
数の方向を出力する射影長極小値算出器と、上記射影長
極小値算出器から与えられる上記複数の方向を包含する
範囲内で区切られた複数の区間毎に、上記それぞれの方
向が占める頻度分布を算出する頻度分布算出器と、上記
頻度分布算出器における頻度分布の区間を設定する区間
設定器と、上記頻度分布算出器により求めた頻度分布の
平均値に対応する上記仮想電波源の位置する方向を出力
する平均値算出器とを備えたものである。
からの電波を受信する同一仕様の複数のアンテナと、上
記複数のアンテナそれぞれに対応して接続された同一仕
様の複数の受信機と、上記受信機の出力にもとづいて共
分散行列を算出する共分散行列算出器と、上記共分散行
列算出器より出力される共分散行列より固有値および固
有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル算出器と、
上記アンテナの配列にもとづき、かつ仮想電波源の位置
する方向の関数で表されるモードベクトルを算出するモ
ードベクトル発生器と、上記固有値・固有ベクトル算出
器より出力される固有値および固有ベクトルにもとづい
て張られる雑音部分空間に上記モードベクトル発生器よ
り出力されるモードベクトルを射影し、その射影長を算
出する雑音部分空間射影長算出器と、上記雑音部分空間
射影長算出器より出力される上記射影長が極小となると
きの上記仮想電波源の位置する方向を複数求め、上記複
数の方向を出力する射影長極小値算出器と、上記射影長
極小値算出器から与えられる上記複数の方向を包含する
範囲内で区切られた複数の区間毎に、上記それぞれの方
向が占める頻度分布を算出する頻度分布算出器と、上記
頻度分布算出器における頻度分布の区間を設定する区間
設定器と、上記頻度分布算出器により求めた頻度分布の
平均値に対応する上記仮想電波源の位置する方向を出力
する平均値算出器とを備えたものである。
【００２５】第３の発明による方向探知装置は、第１も
しくは第２の発明において、上記区間設定器は、あらか
じめ設定された区間幅を有し、上記区間の初期値を変更
することにより区間変更を行う手段を備えたものであ
る。
しくは第２の発明において、上記区間設定器は、あらか
じめ設定された区間幅を有し、上記区間の初期値を変更
することにより区間変更を行う手段を備えたものであ
る。
【００２６】第４の発明による方向探知装置は、第１も
しくは第２の発明において、上記区間設定器は、あらか
じめ設定された区間の初期値を有し、上記区間の区間幅
を変更することにより区間変更を行う手段を備えたこと
を特徴とするものである。
しくは第２の発明において、上記区間設定器は、あらか
じめ設定された区間の初期値を有し、上記区間の区間幅
を変更することにより区間変更を行う手段を備えたこと
を特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示す構成図であり、図において、１−
１，１−２，・・・，１−Ｍは同一仕様のＭ個（Ｍ＞
２）のアンテナ、２−１，２−２，・・・，２−Ｍはそ
れぞれ上記アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｍそ
れぞれに接続された同一仕様のＭ個の受信機、３は上記
受信機２−１，２−２，・・・，２−Ｍの出力から共分
散行列を算出する共分散行列算出器、４は上記共分散行
列算出器３より出力される共分散行列にもとづいて固有
値および固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル
算出器、７はアンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｍ
の配列にもとづいてモードベクトルを発生するモードベ
クトル発生器、５は上記固有値・固有ベクトル算出器４
より出力される固有値および固有ベクトルにもとづいて
張られる雑音部分空間に上記モードベクトル発生器７よ
り出力されるモードベクトルを射影し、その射影長を算
出する雑音部分空間射影長算出器、６は上記雑音部分空
間射影長算出器５より出力される上記射影長が極小とな
るときの仮想電波源の位置する方向を求める射影長極小
値算出器、８は上記アンテナ１から上記射影長極小値算
出器６までの処理を複数回繰り返して電波源の位置する
方向の頻度分布を算出する頻度分布算出器、１０は上記
頻度分布算出器８の出力にもとづいて頻度分布の区間初
期値を出力する区間初期値設定器、９は上記頻度分布算
出器８より出力された頻度分布の最大値を検出してその
最大値に対応する電波源の位置する方向を算出する最大
値算出器である。
実施の形態１を示す構成図であり、図において、１−
１，１−２，・・・，１−Ｍは同一仕様のＭ個（Ｍ＞
２）のアンテナ、２−１，２−２，・・・，２−Ｍはそ
れぞれ上記アンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｍそ
れぞれに接続された同一仕様のＭ個の受信機、３は上記
受信機２−１，２−２，・・・，２−Ｍの出力から共分
散行列を算出する共分散行列算出器、４は上記共分散行
列算出器３より出力される共分散行列にもとづいて固有
値および固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル
算出器、７はアンテナ１−１，１−２，・・・，１−Ｍ
の配列にもとづいてモードベクトルを発生するモードベ
クトル発生器、５は上記固有値・固有ベクトル算出器４
より出力される固有値および固有ベクトルにもとづいて
張られる雑音部分空間に上記モードベクトル発生器７よ
り出力されるモードベクトルを射影し、その射影長を算
出する雑音部分空間射影長算出器、６は上記雑音部分空
間射影長算出器５より出力される上記射影長が極小とな
るときの仮想電波源の位置する方向を求める射影長極小
値算出器、８は上記アンテナ１から上記射影長極小値算
出器６までの処理を複数回繰り返して電波源の位置する
方向の頻度分布を算出する頻度分布算出器、１０は上記
頻度分布算出器８の出力にもとづいて頻度分布の区間初
期値を出力する区間初期値設定器、９は上記頻度分布算
出器８より出力された頻度分布の最大値を検出してその
最大値に対応する電波源の位置する方向を算出する最大
値算出器である。
【００２８】次に動作について説明する。アンテナ１の
個数Ｍよりも少ない個数Ｄの電波源が存在し、これらの
電波源からの信号は互いに無相関であるとする。さて、
上記電波源からの信号はアンテナ１−１，１−２，・・
・，１−Ｍにより受信され、それぞれ受信機２−１，２
−２，・・・，２−Ｍに入力されて、増幅、周波数変換
の後、共分散行列算出器３に入力される。上記共分散行
列算出器３に入力される信号は数１のとおりである。
個数Ｍよりも少ない個数Ｄの電波源が存在し、これらの
電波源からの信号は互いに無相関であるとする。さて、
上記電波源からの信号はアンテナ１−１，１−２，・・
・，１−Ｍにより受信され、それぞれ受信機２−１，２
−２，・・・，２−Ｍに入力されて、増幅、周波数変換
の後、共分散行列算出器３に入力される。上記共分散行
列算出器３に入力される信号は数１のとおりである。
【００２９】上記共分散行列算出器３では、数２に示す
共分散行列が算出され、固有値・固有ベクトル算出器４
に入力される。上記固有値・固有ベクトル算出器４では
入力された共分散行列にもとづいてＭ個の固有値が求め
られ、それぞれの固有値に対応して固有ベクトルが算出
された後、これらの結果は雑音部分空間射影長算出器５
に入力される。
共分散行列が算出され、固有値・固有ベクトル算出器４
に入力される。上記固有値・固有ベクトル算出器４では
入力された共分散行列にもとづいてＭ個の固有値が求め
られ、それぞれの固有値に対応して固有ベクトルが算出
された後、これらの結果は雑音部分空間射影長算出器５
に入力される。
【００３０】上記の固有値をλ1 ，λ2 ，・・・，λM
とし、対応する固有ベクトルをＸ1，Ｘ2 ，・・・，ＸM
とすれば、これらは数３に従って算出される。
とし、対応する固有ベクトルをＸ1，Ｘ2 ，・・・，ＸM
とすれば、これらは数３に従って算出される。
【００３１】数２は正定値行列であるので、固有値λ
1 ，λ2 ，・・・，λM はすべて零より大きくなる。受
信機２の受信機雑音の標準偏差をσとすればＤ個の電波
源の信号は互いに無相関であるという前述の仮定から数
４が成り立つ。
1 ，λ2 ，・・・，λM はすべて零より大きくなる。受
信機２の受信機雑音の標準偏差をσとすればＤ個の電波
源の信号は互いに無相関であるという前述の仮定から数
４が成り立つ。
【００３２】固有値λ1 ，λ2 ，・・・，λD に対応す
る固有ベクトルをＸ1 ，Ｘ2 ，・・・，ＸD とし、λ
D+1 ，λD+2 ，・・・，λM に対応する固有ベクトルを
ＸD+1，ＸD+2 ，・・・，ＸM とすればＸ1 ，Ｘ2 ，・
・・，ＸD により張られる信号部分空間と、ＸD+1 ，Ｘ
D+2 ，・・・，ＸM により張られる雑音部分空間は互い
に直交補空間となる。
る固有ベクトルをＸ1 ，Ｘ2 ，・・・，ＸD とし、λ
D+1 ，λD+2 ，・・・，λM に対応する固有ベクトルを
ＸD+1，ＸD+2 ，・・・，ＸM とすればＸ1 ，Ｘ2 ，・
・・，ＸD により張られる信号部分空間と、ＸD+1 ，Ｘ
D+2 ，・・・，ＸM により張られる雑音部分空間は互い
に直交補空間となる。
【００３３】モードベクトル発生器７ではアンテナ１の
配列にもとづいてモードベクトルａ（θ）が算出され
る。
配列にもとづいてモードベクトルａ（θ）が算出され
る。
【００３４】雑音部分空間射影長算出器５では入力され
た固有値および固有ベクトルにもとづいて雑音部分空間
が張られ、モードベクトル発生器７で算出されたモード
ベクトルａ（θ）が雑音部分空間に射影されて、数６に
示す射影長Ｒａ（θ）が雑音部分空間射影長算出器５よ
り出力される。
た固有値および固有ベクトルにもとづいて雑音部分空間
が張られ、モードベクトル発生器７で算出されたモード
ベクトルａ（θ）が雑音部分空間に射影されて、数６に
示す射影長Ｒａ（θ）が雑音部分空間射影長算出器５よ
り出力される。
【００３５】射影長極小値算出器５では各電波源に対応
してモードベクトルａ（θ）の射影長Ｒａ（θ）の極小
値を与えるθ1 （１），θ2 （１），・・・，θD
（１）が求められる。
してモードベクトルａ（θ）の射影長Ｒａ（θ）の極小
値を与えるθ1 （１），θ2 （１），・・・，θD
（１）が求められる。
【００３６】次に、アンテナ１から射影長極小値算出器
６までの処理を複数回例えばＮ回繰り返してθ1
（ｎ），θ2 （ｎ），・・・，θD （ｎ）の頻度分布を
角度θi （ｎ）に対応する区間ごとに頻度分布算出器８
により算出する。ただしｎ＝１，２，・・・，Ｎであ
る。区間初期値設定器１０では上記の頻度分布θ1
（ｎ），θ2 （ｎ），・・・，θD （ｎ）にもとづい
て、各電波源について図６に示すような隣接した区間に
おける頻度分布の第１のピークと第２のピークの差ｄを
算出し、その差が所定の値、例えばβよりも小さい場合
は頻度分布区間の初期値、例えばαを設定しこのαを頻
度分布算出器８に入力する。頻度分布算出器８ではこの
初期値を起点として（α，α＋Δ），（α＋Δ，α＋２
Δ），（α＋２Δ，α＋３Δ），・・・，（α＋ＫΔ−
Δ，α＋ＫΔ）のそれぞれの区間に該当する標本値、即
ちθi （ｎ）（ｉ＝１，２，・・・，Ｄ）の頻度を求め
区間初期値設定器１０に出力する。ただし、Δは固定区
間幅、Ｋは整数である。再び区間初期値設定器１０では
これらの頻度分布の第１のピークと第２のピークそれぞ
れを算出し、その差がβよりも小さければβよりも大き
くなるまで上記αの値を別の値に再設定してこれらの処
理を続ける。上記の差がβよりも大きくなればこれらの
頻度分布を最大値算出器９に出力する。最大値算出器９
ではθ1 の頻度の最大値、例えば区間（α＋ｎΔ−Δ，
α＋ｎΔ）で最大値が得られるものとすればα＋ｎΔ−
（Δ／２）の方向に第１の電波源が存在するものと推定
する。第２電波源、第３電波源、・・・、第Ｄ電波源に
ついても同様である。
６までの処理を複数回例えばＮ回繰り返してθ1
（ｎ），θ2 （ｎ），・・・，θD （ｎ）の頻度分布を
角度θi （ｎ）に対応する区間ごとに頻度分布算出器８
により算出する。ただしｎ＝１，２，・・・，Ｎであ
る。区間初期値設定器１０では上記の頻度分布θ1
（ｎ），θ2 （ｎ），・・・，θD （ｎ）にもとづい
て、各電波源について図６に示すような隣接した区間に
おける頻度分布の第１のピークと第２のピークの差ｄを
算出し、その差が所定の値、例えばβよりも小さい場合
は頻度分布区間の初期値、例えばαを設定しこのαを頻
度分布算出器８に入力する。頻度分布算出器８ではこの
初期値を起点として（α，α＋Δ），（α＋Δ，α＋２
Δ），（α＋２Δ，α＋３Δ），・・・，（α＋ＫΔ−
Δ，α＋ＫΔ）のそれぞれの区間に該当する標本値、即
ちθi （ｎ）（ｉ＝１，２，・・・，Ｄ）の頻度を求め
区間初期値設定器１０に出力する。ただし、Δは固定区
間幅、Ｋは整数である。再び区間初期値設定器１０では
これらの頻度分布の第１のピークと第２のピークそれぞ
れを算出し、その差がβよりも小さければβよりも大き
くなるまで上記αの値を別の値に再設定してこれらの処
理を続ける。上記の差がβよりも大きくなればこれらの
頻度分布を最大値算出器９に出力する。最大値算出器９
ではθ1 の頻度の最大値、例えば区間（α＋ｎΔ−Δ，
α＋ｎΔ）で最大値が得られるものとすればα＋ｎΔ−
（Δ／２）の方向に第１の電波源が存在するものと推定
する。第２電波源、第３電波源、・・・、第Ｄ電波源に
ついても同様である。
【００３７】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示す構成図であり、図１の最大値算出器９の代わ
りに平均値算出器１１を用いている。
態２を示す構成図であり、図１の最大値算出器９の代わ
りに平均値算出器１１を用いている。
【００３８】次に動作について説明する。アンテナ１か
ら頻度分布算出器８までの処理はこの発明の実施の形態
１と同一である。
ら頻度分布算出器８までの処理はこの発明の実施の形態
１と同一である。
【００３９】平均値算出器１１では例えばθ1 （ｎ）
（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の頻度が（α，α＋Δ），
（α＋Δ，α＋２Δ），・・・，（α＋ＫΔ−Δ，α＋
ＫΔ）それぞれの区間でｑ1 ，ｑ2 ，・・・，ｑk とす
れば、α＋（Δ／２）にｑ1 ／Ｎの重みを、α＋（３／
２）Δに（ｑ2 ／Ｎ）の重みを、・・・、α＋ｋΔ−
（Δ／２）にｑk ／Ｎの重みをかけて和を求める。ただ
し、ｑ1 ，ｑ2 ，・・・，ｑk の和はＮである。θ2
（ｎ），θ3 （ｎ），・・・，θD （ｎ）（ｎ＝１，
２，・・・，Ｎ）についても同様である。このように重
みをかけて求めた和は電波源それぞれの角度推定値に相
当する。
（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の頻度が（α，α＋Δ），
（α＋Δ，α＋２Δ），・・・，（α＋ＫΔ−Δ，α＋
ＫΔ）それぞれの区間でｑ1 ，ｑ2 ，・・・，ｑk とす
れば、α＋（Δ／２）にｑ1 ／Ｎの重みを、α＋（３／
２）Δに（ｑ2 ／Ｎ）の重みを、・・・、α＋ｋΔ−
（Δ／２）にｑk ／Ｎの重みをかけて和を求める。ただ
し、ｑ1 ，ｑ2 ，・・・，ｑk の和はＮである。θ2
（ｎ），θ3 （ｎ），・・・，θD （ｎ）（ｎ＝１，
２，・・・，Ｎ）についても同様である。このように重
みをかけて求めた和は電波源それぞれの角度推定値に相
当する。
【００４０】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３を示す構成図であり、図１の区間初期値設定器１０
の代わりに区間幅設定器１２を用いている。
態３を示す構成図であり、図１の区間初期値設定器１０
の代わりに区間幅設定器１２を用いている。
【００４１】次に動作について説明する。アンテナ１か
ら最大値算出器９までの処理はこの発明の実施の形態１
と同一である。
ら最大値算出器９までの処理はこの発明の実施の形態１
と同一である。
【００４２】ただし区間幅設定器１２では頻度分布算出
器８より入力された頻度分布θ1 （ｎ），θ2 （ｎ），
・・・，θD （ｎ）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）に対し
頻度分布の隣接する区間の頻度差を算出し、その頻度差
が所定の値、例えばγよりも大きい場合は区間幅を狭め
て、例えば区間幅をΦに設定してこのΦを頻度分布算出
器８に入力する。頻度分布算出器８では（０，Φ），
（Φ，２Φ），・・・，（ＬΦ−Φ，ＬΦ）のそれぞれ
の区間に該当する標本値、即ちθi （ｉ＝１，２，・・
・，Ｄ）の頻度を求め、区間幅設定器１２に出力する。
ただし、Ｌは整数である。再び区間幅設定器１２ではこ
れらの頻度分布の隣接する区間の頻度差を算出し、その
頻度差がγよりも大きければγよりも小さくなるまで上
記Φの値を別の値に再設定してこれらの処理を続け、図
４に示すような滑らかな頻度分布を得る。上記の頻度差
がγよりも小さくなればこれらの頻度分布を最大値算出
器９に出力する。最大値算出器９ではθ1 の頻度の最大
値、例えば区間（ｍΦ−Φ，ｍΦ）で最大値が得られる
とするならば、ｍΦ−（Φ／２）の方向に第１電波源が
存在するものと推定する。第２電波源、第３電波源、・
・・、第Ｄ電波源についても同様である。
器８より入力された頻度分布θ1 （ｎ），θ2 （ｎ），
・・・，θD （ｎ）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）に対し
頻度分布の隣接する区間の頻度差を算出し、その頻度差
が所定の値、例えばγよりも大きい場合は区間幅を狭め
て、例えば区間幅をΦに設定してこのΦを頻度分布算出
器８に入力する。頻度分布算出器８では（０，Φ），
（Φ，２Φ），・・・，（ＬΦ−Φ，ＬΦ）のそれぞれ
の区間に該当する標本値、即ちθi （ｉ＝１，２，・・
・，Ｄ）の頻度を求め、区間幅設定器１２に出力する。
ただし、Ｌは整数である。再び区間幅設定器１２ではこ
れらの頻度分布の隣接する区間の頻度差を算出し、その
頻度差がγよりも大きければγよりも小さくなるまで上
記Φの値を別の値に再設定してこれらの処理を続け、図
４に示すような滑らかな頻度分布を得る。上記の頻度差
がγよりも小さくなればこれらの頻度分布を最大値算出
器９に出力する。最大値算出器９ではθ1 の頻度の最大
値、例えば区間（ｍΦ−Φ，ｍΦ）で最大値が得られる
とするならば、ｍΦ−（Φ／２）の方向に第１電波源が
存在するものと推定する。第２電波源、第３電波源、・
・・、第Ｄ電波源についても同様である。
【００４３】実施の形態４．図５はこの発明の実施の形
態４を示す構成図であり、図３の最大値算出器９の代わ
りに平均値算出器１１を用いている。
態４を示す構成図であり、図３の最大値算出器９の代わ
りに平均値算出器１１を用いている。
【００４４】次に動作について説明する。アンテナ１か
ら頻度分布算出器８までの処理はこの発明の実施の形態
３と同一であり、図４に示すような滑らかな頻度分布を
得る。
ら頻度分布算出器８までの処理はこの発明の実施の形態
３と同一であり、図４に示すような滑らかな頻度分布を
得る。
【００４５】また、図５の平均値算出器１１の動作はこ
の発明の実施の形態２における平均値算出器１１の動作
と同一である。
の発明の実施の形態２における平均値算出器１１の動作
と同一である。
【００４６】
【発明の効果】第１の発明によれば区間設定器で適当に
設定された頻度分布区間により、頻度分布の最大値を特
定することができ、従って、最大値算出器で得られる角
度推定値の精度が高くなる。
設定された頻度分布区間により、頻度分布の最大値を特
定することができ、従って、最大値算出器で得られる角
度推定値の精度が高くなる。
【００４７】また、第２の発明によれば、第１の発明と
同様、区間設定器で適当に設定された頻度分布区間によ
り、頻度分布の最大値を特定することができ、従って、
平均値算出器で得られる角度推定値の精度が高くなる。
同様、区間設定器で適当に設定された頻度分布区間によ
り、頻度分布の最大値を特定することができ、従って、
平均値算出器で得られる角度推定値の精度が高くなる。
【００４８】また、第３の発明によれば、区間設定器で
設定された頻度分布の区間初期値により、頻度分布をあ
る区間に集中させることができ、従って最大値算出器で
得られる角度推定値の精度が高くなる。
設定された頻度分布の区間初期値により、頻度分布をあ
る区間に集中させることができ、従って最大値算出器で
得られる角度推定値の精度が高くなる。
【００４９】また、第４の発明によれば、区間設定器で
設定された頻度分布の区間幅により頻度分布を滑らかに
することができ、従って平均値算出器で得られる角度推
定値の精度が高くなる。
設定された頻度分布の区間幅により頻度分布を滑らかに
することができ、従って平均値算出器で得られる角度推
定値の精度が高くなる。
【図１】 この発明による方向探知装置の実施の形態１
を示す図である。
を示す図である。
【図２】 この発明による方向探知装置の実施の形態２
を示す図である。
を示す図である。
【図３】 この発明による方向探知装置の実施の形態３
を示す図である。
を示す図である。
【図４】 この発明による方向探知装置の実施の形態３
および実施の形態４における電波源の方向の頻度分布を
表わす図である。
および実施の形態４における電波源の方向の頻度分布を
表わす図である。
【図５】 この発明による方向探知装置の実施の形態４
を示す図である。
を示す図である。
【図６】 従来の方向探知装置の構成を示す図である。
【図７】 従来の方向探知装置における電波源の方向の
頻度分布を表わす図である。
頻度分布を表わす図である。
１ アンテナ、２ 受信機、３ 共分散行列算出器、４
固有値・固有ベクトル算出器、５ 雑音部分空間射影
長算出器、６ 射影長極小値算出器、７ モードベクト
ル発生器、８ 頻度分布算出器、９ 最大値算出器、１
０ 区間初期値設定器、１１ 平均値算出器、１２ 区
間幅設定器。
固有値・固有ベクトル算出器、５ 雑音部分空間射影
長算出器、６ 射影長極小値算出器、７ モードベクト
ル発生器、８ 頻度分布算出器、９ 最大値算出器、１
０ 区間初期値設定器、１１ 平均値算出器、１２ 区
間幅設定器。
Claims (4)
- 【請求項１】 電波源からの電波を受信する同一仕様の
複数のアンテナと、上記複数のアンテナそれぞれに対応
して接続された同一仕様の複数の受信機と、上記受信機
の出力にもとづいて共分散行列を算出する共分散行列算
出器と、上記共分散行列算出器より出力される共分散行
列より固有値および固有ベクトルを算出する固有値・固
有ベクトル算出器と、上記アンテナの配列にもとづき、
かつ仮想電波源の位置する方向の関数で表されるモード
ベクトルを算出するモードベクトル発生器と、上記固有
値・固有ベクトル算出器より出力される固有値および固
有ベクトルにもとづいて張られる雑音部分空間に上記モ
ードベクトル発生器より出力されるモードベクトルを射
影し、その射影長を算出する雑音部分空間射影長算出器
と、上記雑音部分空間射影長算出器より出力される上記
射影長が極小となるときの上記仮想電波源の位置する方
向を複数求め、上記複数の方向を出力する射影長極小値
算出器と、上記射影長極小値算出器から与えられる上記
複数の方向を包含する範囲内で区切られた複数の区間毎
に、上記それぞれの方向が占める頻度分布を算出する頻
度分布算出器と、上記頻度分布算出器における頻度分布
の区間を設定し、隣接する上記区間において複数の最大
値候補が存在するときに上記区間を変更する区間設定器
と、上記頻度分布算出器により求めた頻度分布の最大値
に対応する上記仮想電波源の位置する方向を出力する最
大値算出器とを備えたことを特徴とする方向探知装置。 - 【請求項２】 電波源からの電波を受信する同一仕様の
複数のアンテナと、上記複数のアンテナそれぞれに対応
して接続された同一仕様の複数の受信機と、上記受信機
の出力にもとづいて共分散行列を算出する共分散行列算
出器と、上記共分散行列算出器より出力される共分散行
列より固有値および固有ベクトルを算出する固有値・固
有ベクトル算出器と、上記アンテナの配列にもとづき、
かつ仮想電波源の位置する方向の関数で表されるモード
ベクトルを算出するモードベクトル発生器と、上記固有
値・固有ベクトル算出器より出力される固有値および固
有ベクトルにもとづいて張られる雑音部分空間に上記モ
ードベクトル発生器より出力されるモードベクトルを射
影し、その射影長を算出する雑音部分空間射影長算出器
と、上記雑音部分空間射影長算出器より出力される上記
射影長が極小となるときの上記仮想電波源の位置する方
向を複数求め、上記複数の方向を出力する射影長極小値
算出器と、上記射影長極小値算出器から与えられる上記
複数の方向を包含する範囲内で区切られた複数の区間毎
に、上記それぞれの方向が占める頻度分布を算出する頻
度分布算出器と、上記頻度分布算出器における頻度分布
の区間を設定する区間設定器と、上記頻度分布算出器に
より求めた頻度分布の平均値に対応する上記仮想電波源
の位置する方向を出力する平均値算出器とを備えたこと
を特徴とする方向探知装置。 - 【請求項３】 上記区間設定器は、あらかじめ設定され
た区間幅を有し、上記区間の初期値を変更することによ
り区間変更を行う手段を備えたことを特徴とする請求項
１もしくは２記載の方向探知装置。 - 【請求項４】 上記区間設定器は、あらかじめ設定され
た区間の初期値を有し、上記区間の区間幅を変更するこ
とにより区間変更を行う手段を備えたことを特徴とする
請求項１もしくは２記載の方向探知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10296394A JP2000121715A (ja) | 1998-10-19 | 1998-10-19 | 方向探知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10296394A JP2000121715A (ja) | 1998-10-19 | 1998-10-19 | 方向探知装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000121715A true JP2000121715A (ja) | 2000-04-28 |
Family
ID=17832986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10296394A Pending JP2000121715A (ja) | 1998-10-19 | 1998-10-19 | 方向探知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000121715A (ja) |
-
1998
- 1998-10-19 JP JP10296394A patent/JP2000121715A/ja active Pending
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