JP2001091616A - 入射角度推定装置及び入射角度推定装置の素子アンテナの配列方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測角精度を確保しつつ、所定の領域において
誤測角をおこすことのない入射角度推定装置及び入射角
度推定装置の素子アンテナの配列方法を得る。 【解決手段】 複数のアンテナから、第１，第２及び第
３の素子アンテナ１_１，１_２，１_３を選択する選択手段
と、これらの素子アンテナで受信した電波から位相補償
誤差を算出する位相補償誤差算出手段４と、位相補償誤
差に基づいて、所定の測角精度を満たす第３の素子アン
テナ１_３と第２の素子アンテナ１_２との間の第２の距離
ｄ_２を算出する第２の距離算出手段５と、位相補償誤差
に基づいて、所定の測角領域において角度とびを起こさ
ない第３の素子アンテナ１_３と第１の素子アンテナ１_１
との間の第１の距離ｄ_１を算出する第１の距離算出手段
５とを備え、選択手段６，８は、第２の距離ｄ_２／第１
の距離ｄ_１が最小となる第１、第２及び第３の素子アン
テナ１_１，１_２，１_３を選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、媒質中を伝搬する
波動の入射角度を推定する入射角度推定装置及び入射角
度推定装置の素子アンテナの配列方法に関し、例えば、
不等間隔アレーを用いるとき、あらかじめ入射角度を測
角すべき範囲内において、測角結果に数十度のとびがお
こらないように素子アンテナの配列を行うことが可能な
入射角度推定装置及び入射角度推定装置の素子アンテナ
の配列方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は例えば特開平１０‐２５３７３０
号公報などに開示されている入射角度推定装置のブロッ
ク図である。図９は簡単のため３素子アレーを用いた入
射角度推定装置にとされている。図９において、符号１
_１，１_２，１_３は、素子アンテナである。素子アンテナ
１_１と素子アンテナ１_３で素子間隔ｄ_１の狭いアレーを
構成し、素子アンテナ１_２と素子アンテナ１_３では素子
間隔ｄ_２の広いアレーを構成する。

【０００３】これら素子アンテナ１_１，１_２，１_３の素
子アンテナで電波を受信しアナログ電気信号に変換し、
各素子アンテナからの電気信号は、それぞれミキサ
２_１，２ _２，２_３で送信周波数から中間周波数にダウン
コンバージョンされ、中間周波数にされたアナログ信号
は、それぞれＡ／Ｄ変換器３_１，３_２，３_３でＡ／Ｄ変
換が行われディジタル信号に変換される。その後、信号
処理部４において測角処理を行うことによって電波の入
射角度θが推定される。

【０００４】位相差によって入射角度を推定する位相差
方探の方法について、図１０に基づいて説明する。図１
０において、符号１_４，１_５は、素子アンテナである。
電波が角度θから入射する場合の素子アンテナ１_４，１
_５の受信信号ｘ_１（ｋ），ｘ _２（ｋ）は次式で表され
る。

【０００５】

【数１】

【０００６】

【数２】

【０００７】ここでｄは素子アンテナの間隔、λは信号
の波長、ｆは信号の搬送周波数、ｋはディジタル信号の
時間因子、Ｔはサンプリング周期、Ａ_１，Ａ_２は所望信
号の振幅、ｎ_１（ｋ），ｎ_２（ｋ）は受信機雑音を表
す。測角処理においては、まず２個の素子アンテナの入
力信号について相関を計算する。

【０００８】

【数３】

【０００９】ここでＥ［ ］は、時間平均（サンプル平
均）演算を、＊は共役転置を表す。信号対雑音電力比が
高く、相関を計算する時間サンプル数が十分大きければ
式（３）の第２項、第３項、第４項は０になるので、次
式を用いて信号の入射角度θを推定できる。

【００１０】

【数４】

【００１１】ここで、ａｒｇ（）は位相角を表す。

【００１２】図１０に示すアレーアンテナを用いて位相
差方探を行うときには、素子間隔ｄが大きくなるとアン
ビギュイティが発生する。アンビギュイティとはｄが大
きくなると経路長ｄｓｉｎθが位相差πを超え、同相と
なる位相差φ±２πにおいても本来の位相差φと同様に
応答してしまう現象のことである。アンビギュイティを
回避するためには素子間隔ｄをｄ＜λ／２にしておくこ
とがよく用いられる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】広いアレーの素子間隔
は、要求される測角精度により決定される。しかし、測
角精度が高くなり素子間隔を広げ、広いアレーの素子間
隔ｄ_２がλ／２を超えると、アンビギュイティが発生し
てしまう。そこで、従来の手法では上記二つの素子の中
間に別途素子を挿入することによって最小の素子間隔が
ｄ_１＝λ／２になるようにしていた。ところが、この素
子間隔ｄ_１では測角精度が低いためにアンビギュイティ
の排除の確度が劣化する。アンビギュイティの排除を確
実に行おうとすれば、中間に設ける素子数を増せばよい
が、この場合受信機等を増やす必要があり不経済であ
る。

【００１４】そこで、必要十分な数の素子アンテナを用
いて測角精度を確保しつつ、アンビギュイティの排除を
確実に行うことのできるアレーアンテナを用いた入射角
度推定装置が必要である。

【００１５】本発明はこのような従来技術の状況を鑑み
て、測角精度を確保しつつ、所定の領域において誤測角
をおこすことのない入射角度推定装置及び入射角度推定
装置の素子アンテナの配列方法を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る入射角度
推定装置は、直線上に配列された複数の素子アンテナを
有し、第１、第２及び第３の素子アンテナを選択し、こ
れらの素子アンテナで受信した電波を測角処理して電波
の入射角度を推定する入射角度推定装置において、複数
のアンテナから、第１と第３の素子アンテナの間隔に対
して、第２と第３の素子アンテナの間隔が広くなるよう
に任意の３個の素子アンテナを選択する選択手段と、第
１、第２及び第３の素子アンテナで受信した電波から位
相補償誤差を算出する位相補償誤差算出手段と、位相補
償誤差に基づいて、所定の測角精度を満たす第３の素子
アンテナと第２の素子アンテナとの間の第２の距離を算
出する第２の距離算出手段と、位相補償誤差に基づい
て、所定の測角領域において角度とびを起こさない第３
の素子アンテナと第１の素子アンテナとの間の第１の距
離を算出する第１の距離算出手段とを備え、選択手段
は、第２の距離／第１の距離が最小となる第１、第２及
び第３の素子アンテナを選択する。

【００１７】この発明に係る入射角度推定装置は、直線
上に移動可能に配列された少なくとも第１、第２及び第
３の３個の素子アンテナを有し、これらの素子アンテナ
で受信した電波を測角処理して電波の入射角度を推定す
る入射角度推定装置において、第１、第２及び第３の３
個の素子アンテナは、第１と第３の素子アンテナの間隔
に対して、第２と第３の素子アンテナの間隔が広くなる
ように配列され、 第１、第２及び第３の素子アンテナ
で受信した電波から位相補償誤差を算出する位相補償誤
差算出手段と、位相補償誤差に基づいて、所定の測角精
度を満たす第３の素子アンテナと第２の素子アンテナと
の間の第２の距離を算出する第２の距離算出手段と、位
相補償誤差に基づいて、所定の測角領域において角度と
びを起こさない第３の素子アンテナと第１の素子アンテ
ナとの間の第１の距離を算出する第１の距離算出手段
と、第２の距離／第１の距離が最小となる第１、第２及
び第３の素子アンテナの最適な位置を選択する選択手段
とを備えている。

【００１８】また、第１の距離あるいは第２の距離は、
複数の素子アンテナの配列において、ｎ番目の素子アン
テナに対するｎ−１番目の素子アンテナの距離である。

【００１９】また、第１の素子アンテナは、第２の素子
アンテナと第３の素子アンテナの間に設けられている。

【００２０】また、第１の素子アンテナは、第２の素子
アンテナと第３の素子アンテナの間の外側に設けられて
いる。

【００２１】また、他の発明に係る入射角度推定装置の
素子アンテナの配列方法は、少なくとも３個の素子アン
テナを有しこれらの素子アンテナで受信した電波を測角
処理して電波の入射角度を推定する入射角度推定装置の
素子アンテナの配列方法において、所定の測角精度を満
たす第３の素子アンテナと第２の素子アンテナの間の第
２の距離を、入射する信号の波長、所定の測角精度、ア
ンビギュイティを排除し測角を行える角度領域幅、及び
両素子アンテナのチャネルの位相補償誤差の２乗平均推
定値に基づいて求め、一方、所定の測角領域において角
度とびを起こさない第３の素子アンテナと第１の素子ア
ンテナの間の第１の距離を、波長、角度領域幅、位相補
償誤差の２乗平均推定値、及び所定のマージンに基づい
て求め、第２の距離／第１の距離が最小となるように、
第１の素子アンテナを第３の素子アンテナと第２の素子
アンテナの間に配列する。

【００２２】また、他の発明に係る入射角度推定装置の
素子アンテナの配列方法は、少なくとも３個の素子アン
テナを有しこれらの素子アンテナで受信した電波を測角
処理して電波の入射角度を推定する入射角度推定装置の
素子アンテナの配列方法において、所定の測角精度を満
たす第３の素子アンテナと第２の素子アンテナの間の第
２の距離を、入射する信号の波長、所定の測角精度、ア
ンビギュイティを排除し測角を行える角度領域幅、及び
両素子アンテナのチャネルの位相補償誤差の２乗平均推
定値に基づいて求め、一方、所定の測角領域において角
度とびを起こさない第３の素子アンテナと第１の素子ア
ンテナの間の第１の距離を、波長、角度領域幅、位相補
償誤差の２乗平均推定値、及び所定のマージンに基づい
て求め、第２の距離／第１の距離が最小となるように、
第１の素子アンテナを第３の素子アンテナと第２の素子
アンテナの間の外側に配列する。

【００２３】また、第１の素子アンテナあるいは第２の
素子アンテナの少なくともいずれか一方を所定の間隔を
開けて複数本設け、複数本の素子アンテナのうち１本を
選択可能な切り替えスイッチを設け、切り替えスイッチ
を切り替えながら位相補償誤差を求め、これに基づき第
１の距離あるいは第２の距離の適切な値を求める。

【００２４】また、第１の素子アンテナあるいは第２の
素子アンテナの少なくともいずれか一方を第３の素子ア
ンテナに対して移動可能に設け、移動可能に設けた素子
アンテナを移動させながら、位相補償誤差を求め、これ
に基づき第１の距離あるいは第２の距離の適切な値を求
める。

【００２５】さらに、第１の距離あるいは第２の距離
は、複数の素子アンテナの配列において、ｎ番目の素子
アンテナに対するｎ−１番目の素子アンテナの距離であ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明の実施の形
態１について図１を参照して説明する。図１は本実施の
形態１の入射角度推定装置の構成を示すブロック図であ
る。図２は３素子不等間隔アレーを用いた入射角度推定
の原理を示す概念図である。

【００２７】図１において、符号１_１，１_２，１_３，
１'_１，１'_２は素子アンテナである。このうち１'_１，
１'_２は調整用に用いる素子アンテナである。符号４
は、図３のフローチャートに従い信号処理を行う推定入
射角度を求めると共に後に述べる位相補償誤差を算出す
る信号処理部（位相補償誤差算出手段）である。

【００２８】符号５は、信号処理部４にて算出された位
相補償誤差に基づいて、後に述べる式（９）、式（１
０）、式（１１）及び式（１２）等を用いて各素子アン
テナ間の距離を算出する位相差計測器である。符号６
は、スイッチ制御装置である。符号８_１，８_２は、複数
の素子アンテナを切り替える切替スイッチである。スイ
ッチ制御装置６及び切替スイッチ８_１，８_２は、複数の
素子アンテナから特定の素子アンテナを選択する選択手
段を構成している。スイッチ制御装置６及び切替スイッ
チ８_１，８_２は、位相差計測器５で求められた各素子ア
ンテナ間の距離に基づいて適切な位置の素子アンテナを
選択する。

【００２９】符号２_１，２_２，２_３は、図９の従来例と
同じようにミキサである。また、符号３_１，３_２，３_３
は、同じくＡ／Ｄ変換器である。

【００３０】次に動作を図２，図３に基づいて説明す
る。図２中１_１，１_２，１_３は素子アンテナである。第
１の素子アンテナである素子アンテナ１_１と第３の素子
アンテナである素子アンテナ１_３は、素子間隔が狭い素
子間隔ｄ_１（第１の距離）のアレーを構成し、第２の素
子アンテナである素子アンテナ１_２と素子アンテナ１_３
で素子間隔が広い素子間隔ｄ_２（第２の距離）のアレー
を構成する。素子間隔ｄ _１で得られる位相差φ_１は式
（５）のように

【００３１】

【数５】

【００３２】と求まる。これは図３中４_１の処理ステッ
プである。素子間隔ｄ_２で得られる位相差φ_２も同様に
式（６）より

【００３３】

【数６】

【００３４】と求まる。これは図３中４_２の処理ステッ
プである。しかし素子間隔ｄ_２はλ／２を超えているた
め、得られる位相差φ_２にアンビギュイティが発生す
る。すなわち、観測された位相差φ_２のほかにφ_２±
π，φ_２±２π，…の位相差も解としてしまう可能性が
ある。そこでアンビギュイティを排除するために以下の
処理を行う。まず、素子間隔ｄ_１で得られた位相差φ_１
に素子間隔の比ｄ_２／ｄ_１を乗算する（図３中４_３の処
理ステップ）。なぜならば誤差を考えない場合、式
（５），（６）より

【００３５】

【数７】

【００３６】の関係があり、位相差φ_１から位相差φ_２
の推測が可能である。素子間隔ｄ_２における位相差
φ_２，φ_２±π，φ_２±２π，…の中から，（ｄ_２／ｄ
_１）φ_１を中心として±πの範囲内に存在する値を一つ
だけ得る。これは図３中４_４の処理ステップである。こ
のようにすることで素子間隔ｄ_２において複数個得られ
た位相差から、入射角度θの推定に用いるただ一つの位
相差を決める。すなわち

【００３７】

【数８】

【００３８】を満足するｎを決定する。この位相差φ_２
＋２ｎπを用いて式（４）から入射角度θの推定を行
う。これは図３中４_５の処理ステップである。

【００３９】それぞれの素子間隔ｄ_１，ｄ_２は、信号処
理部４から出力される位相補償誤差の２乗平均推定値Δ
φ_ｒｍｓを用いて決定される。そこで本発明の入射角度
推定装置は、予め第１の素子アンテナ及び第２の素子ア
ンテナを２本ずつ設けておき（すなわち、素子アンテナ
１_１と素子アンテナ１'_１及び素子アンテナ１_２と素子
アンテナ１'_２）、一旦電波を放射し位相差計測器５に
おいてΔφ_ｒｍｓを計測した後に、スイッチ制御装置６
が切替スイッチ８_１，８_２を切り替えることにより素子
アンテナ１_１，１_２の位置を別の位置に切り替え再度Δ
φ_ｒｍｓを計測し適切な素子アンテナ位置を調整するも
のである。

【００４０】本実施の形態においては、上述のように第
１の素子アンテナ及び第２の素子アンテナを２本ずつ設
けているが、さらにたくさんの素子アンテナを設けてお
き、スイッチ８_１，８_２を切り替えながら計測を行うこ
とにより作業効率を上げることができる。

【００４１】また、第１の素子アンテナと第２の素子ア
ンテナを第３の素子アンテナに対して移動可能に設けて
おき、移動可能に設けた素子アンテナを移動させなが
ら、計測を行うようにしても良い。このような構成とす
ることにより、さらに効率よく計測を行うことができ
る。

【００４２】次に、位相差計測器５で行われるところ
の、第１の距離及び第２の距離である素子間隔ｄ_１，ｄ
_２の算出法について述べる。これら素子間隔ｄ_１，ｄ_２
を決定する要因としては、所定の測角精度を満たすこ
と、測角範囲においてアンビギュイティを確実に排除す
ることの二点が挙げられる。なお、このアレーに入射す
る電波は−θ_ＭＡＸ≦θ≦θ_ＭＡＸの角度範囲から入射
することが既知であるとする。

【００４３】前述のとおり実際の入射角度θの推定に用
いる位相差は素子間隔ｄ_２より得られたものである。こ
のため条件のうち所定の測角精度を満たすことについて
は、素子間隔ｄ_２のアレーで満足しておく必要がある。
素子間隔ｄ_２の下限値の決定には、波長λ、測角精度Δ
θ_ｒｍｓ、アンビギュイティ排除し測角を行う角度領域
幅θ_ＭＡＸ、チャネルの位相補償誤差の２乗平均推定値
Δφ_ｒｍｓを用いて以下の式で表される。

【００４４】

【数９】

【００４５】式（９）より測角精度を高めると、素子間
隔ｄ_２はλ／２より広くなり前述のアンビギュイティが
発生し、素子間隔ｄ_１の位相差φ_１を使いそれを排除す
る。

【００４６】しかし、アンビギュイティの排除の失敗
が、観測された位相差φ_１，φ_２に混入する観測誤差Δ
φ_１，Δφ_２に起因して起こる。アンビギュイティの排
除の失敗には以下の二種類のパターンが考えられる。こ
れらを考慮し、測角範囲において所定の測角精度を満た
し、アンビギュイティの排除がより確実な素子間隔の設
計法を提案する。

【００４７】アンビギュイティの排除に失敗する第一の
原因として、｜φ_１｜がπに近接する場合の測角誤差が
考えられる。図４は、本発明において｜φ_１｜がπに近
接する場合の測角誤差について一例を挙げて説明するも
のである。ここではｄ_２／ｄ _１＝３のとき３φ_１の真値
が−３πにきわめて近い場合を考える。ここでわずかな
誤差Δφ_１が加わることによりφ_１は＋３πに近い３
（φ_１＋２π）に観測されてしまう。

【００４８】このとき、素子間隔ｄ_１のアレーで得られ
た位相差観測値φ_１が指示する位相値の範囲は図４
（ａ）に示すように３（φ_１＋２π）を中心値とした±
πの誤った範囲になり、図４（ｂ）に示すように素子間
隔ｄ_２のアレーの位相差候補より、観測値φ_２−４πを
選択すべきところを誤ってφ_２＋２πとし（式（８）で
誤ったｎを選択）、数十度以上の測角誤差を生じる。

【００４９】素子間隔ｄ_１は測角を行う角度範囲により
決定されるが、上記アンビギュイティ排除の失敗を回避
するため、マージンθ_{ｍａｒｇｉｎ}を見込み次式に基づ
いて素子間隔ｄ_１の上限値を決定する。

【００５０】

【数１０】

【００５１】

【数１１】

【００５２】ここでλは波長、θ_ＭＡＸはアンビギュイ
ティ排除可能な角度領域幅、Δφ_{ｒ ｍｓ}はチャネルの位
相補償誤差の２乗平均推定値である。式（１１）を式
（１０）に代入し、θ_{ｍａｒｇｉｎ}＝（λ／２πｄ_１ｃ
ｏｓθ_ＭＡＸ）Δφ_ｒｍｓ≪１である場合は次式のよう
にできる。

【００５３】

【数１２】

【００５４】式（１３）を満たす値を狭いアレーの素子
間隔ｄ_１の設計値として与える。

【００５５】アンビギュイティの排除に失敗する第二の
原因として、観測誤差Δφ_１が素子間隔の比ｄ_２／ｄ_１
によって増倍されることが考えられる。図５は、本発明
において不等間隔としている二つの素子間隔の比ｄ_２／
ｄ_１と測角誤差について一例を挙げて説明するものであ
る。図５にはｄ_２／ｄ_１＝３の場合を示している。図５
（ａ）は、素子間隔ｄ_１のアレーで得られた位相差観測
値φ_１をｄ_２／ｄ_１倍した値を中心に±πの範囲を表
す。

【００５６】図５（ｂ）には素子間隔ｄ_２のアレーで得
られた位相差観測値φ_２とφ_２＋２ｎπを表したもので
ある。素子間隔ｄ_２がλ／２を超えているためアンビギ
ュイティが発生し位相の候補は複数個ある。これら複数
個の位相差の中から図５（ａ）の範囲に合致するものを
選択し、入射角度θを推定する。

【００５７】ところが、位相差観測誤差Δφ_１，Δφ_２
の混入により、図５の例では素子間隔ｄ_２のアレーで得
られた位相差観測値の中から真の位相差に近いφ_２−２
πを選ぶべきところを、φ_２−４πを誤って選んでしま
う。この結果、大きな測角誤差を生じてしまう。

【００５８】このことから、素子間隔の比ｄ_２／ｄ_１は
小さい値を取ることが望ましいと考えられる。なぜなら
ば、素子間隔ｄ_１のアレーで得られる位相差観測値φ_１
をｄ _２／ｄ_１倍すると、それに伴って、内包されている
誤差Δφ_１もｄ_２／ｄ_１倍されるので、狭いアレーが指
示する位相範囲（図５（ａ））の誤差もｄ_２／ｄ_１倍さ
れるからである。

【００５９】以下において素子間隔の比の上限を求め
る。図４に基づいて説明する。アンビギュイティを正し
く排除するための条件は式（１３）で表せる。

【００６０】

【数１３】

【００６１】これは図４（ａ）における誤差（ｄ_２／ｄ
_１）Δφ_１と図４（ｂ）における誤差Δφ_２の和がπを
超えないときには上記アンビギュイティは起こらないこ
とからいえる。これより、素子間隔の比ｄ_２／ｄ_１は小
さい値をとる方が望ましいことがいえる。

【００６２】上記の理論に基づいて、それぞれの素子間
隔を決定する手順をまとめる。まず、素子間隔ｄ_２を所
定の測角精度を満足するように式（９）より決定する。
次に素子間隔ｄ_１を決定する。アンビギュイティの排除
可能な角度範囲から素子間隔ｄ_１の上限値を式（１２）
より決め、その中で式（１３）を満足し、素子間隔の比
ｄ_２／ｄ_１が最小となるような値を素子間隔ｄ_１に与え
る。

【００６３】図６は、本発明の実施の形態１にあげる入
射角度推定装置の測角実験結果の一例を示す。この入射
角度推定装置は、−５３ｄｅｇ〜＋５３ｄｅｇ（θ
_ＭＡＸ＝５３ｄｅｇ）の測角範囲について、周波数５．
８４ＧＨｚの電波の入射角度を測角精度Δθ_ｒｍｓが
１．５ｄｅｇで推定することを目的とするものである。
このアレーにおけるチャネルの位相補償誤差の２乗平均
推定値Δφ_ｒｍｓは７．２ｄｅｇとした。図６の実験に
用いた入射角度推定装置は図１においてｄ_１＝３０．０
ｍｍ，ｄ_２＝９０．０ｍｍとしたアレーを用いた。

【００６４】ｄ_１，ｄ_２の具体的な例を以下に示す。素
子間隔ｄ_２は、波長λ＝５１．４ｍｍ，アンビギュイテ
ィ排除可能な角度幅θ_ＭＡＸ＝５３ｄｅｇ，Δφ_ｒｍｓ
＝７．２ｄｅｇを式（９）に代入しｄ_２＞６５．２ｍｍ
を求め、これを満足する値として、ここではｄ_２＝９
０．０ｍｍとした。

【００６５】式（１２）に波長λ＝５１．４ｍｍ、θ
_ＭＡＸ＝±５３ｄｅｇ、Δφ_ｒｍｓ＝７．２ｄｅｇを用
いると、ｄ_１＜３０．９ｍｍを得る。この中で素子間隔
の比、素子間隔の比ｄ_２／ｄ_１が最小となるようにｄ_１
＝３０．０ｍｍを用いた。

【００６６】図６によれば、アンビギュイティが排除可
能な設計値±５３ｄｅｇの範囲内において、推定入射角
度の大きな誤差はみられず、範囲内において測角精度が
１．５ｄｅｇを満足していることが確認される。

【００６７】実施の形態２．本発明の実施の形態２につ
いて図７を用いて説明する。図７に実施の形態２の入射
角度推定装置の原理的構成を示す。本実施の形態ははｎ
個の素子アンテナを用いたものである。本実施の形態に
おいては、符号１〜８で示される構成要素については、
図１と同様のものをｎ個配置するので説明を省略する。

【００６８】信号処理部４においては、もっとも狭い間
隔ｄ_１と次に狭い間隔のｄ_２について素子間隔の比ｄ_２
／ｄ_１を用いてアンビギュイティの排除処理を行い、順
次ｄ _ｋ／ｄ_ｋ−１を用いｋ＝ｎ−１までこの操作を繰り
返し行い最も広い素子間隔で得られた位相差のアンビギ
ュイティの排除を行う。それぞれの素子アンテナの間隔
を決めるときに実施の形態１で説明した設定法を用いる
ことにより、素子数を抑えながら開口径を増大すること
が可能となる。素子間隔の広いアレーの配列が可能とな
ると、より測角精度の高い方向推定が可能となる。

【００６９】それぞれの素子間隔ｄ_１，ｄ_２，…ｄ
_ｎ−１はΔφ_ｒｍｓを用いて決定される。そこで本発明
の入射角度推定装置は、一旦電波を放射し位相差計測器
５においてΔφ_ｒｍｓを計測した後に、スイッチ制御装
置６がスイッチ８_２，８_３，…８ _ｎを切り替えることに
より素子アンテナ１_２，１_３，…１_ｎの間隔を式
（９），（１２），（１３）を満足するように制御して
いる。

【００７０】実施の形態３．本発明の実施の形態３につ
いて図８を用いて説明する。図８に実施の形態３として
素子アンテナの配列を変更したものを示す。これは実施
の形態１では素子間隔の狭いアレーを構成する素子アン
テナを広いアレーの内側に配列されていたものを、外側
に配列したものである。本実施の形態の測角処理は実施
の形態１においてのそれと変化がない。このため、図８
に示す素子アンテナの配列でも、実施の形態１と同様の
原理で測角範囲内で所定の測角精度を満たしながら、ア
ンビギュイティを排除した入射角度の推定が可能であ
る。

【００７１】それぞれの素子間隔ｄ_１，ｄ_２はΔφ
_ｒｍｓを用いて決定される。そこで本発明の入射角度推
定装置は、一旦電波を放射し位相差計測器５においてΔ
φ_ｒｍｓを計測した後に、スイッチ制御装置６がスイッ
チ８_１，８_２を切り替えることにより素子アンテナ
１_１，１_２の位置を調整できるようにした装置である。

【００７２】

【発明の効果】この発明に係る入射角度推定装置は、直
線上に配列された複数の素子アンテナを有し、第１、第
２及び第３の素子アンテナを選択し、これらの素子アン
テナで受信した電波を測角処理して電波の入射角度を推
定する入射角度推定装置において、複数のアンテナか
ら、第１と第３の素子アンテナの間隔に対して、第２と
第３の素子アンテナの間隔が広くなるように任意の３個
の素子アンテナを選択する選択手段と、第１、第２及び
第３の素子アンテナで受信した電波から位相補償誤差を
算出する位相補償誤差算出手段と、位相補償誤差に基づ
いて、所定の測角精度を満たす第３の素子アンテナと第
２の素子アンテナとの間の第２の距離を算出する第２の
距離算出手段と、位相補償誤差に基づいて、所定の測角
領域において角度とびを起こさない第３の素子アンテナ
と第１の素子アンテナとの間の第１の距離を算出する第
１の距離算出手段とを備え、選択手段は、第２の距離／
第１の距離が最小となる第１、第２及び第３の素子アン
テナを選択する。そのため、測角精度を確保しつつ、所
定の領域において誤測角をおこすことがない。そして、
素子アンテナを増やすことなく、より確実に高い精度で
入射角度を求めることができる。このため、入射角度推
定装置において精度の向上を図ることができる。

【００７３】この発明に係る入射角度推定装置は、直線
上に移動可能に配列された少なくとも第１、第２及び第
３の３個の素子アンテナを有し、これらの素子アンテナ
で受信した電波を測角処理して電波の入射角度を推定す
る入射角度推定装置において、第１、第２及び第３の３
個の素子アンテナは、第１と第３の素子アンテナの間隔
に対して、第２と第３の素子アンテナの間隔が広くなる
ように配列され、 第１、第２及び第３の素子アンテナ
で受信した電波から位相補償誤差を算出する位相補償誤
差算出手段と、位相補償誤差に基づいて、所定の測角精
度を満たす第３の素子アンテナと第２の素子アンテナと
の間の第２の距離を算出する第２の距離算出手段と、位
相補償誤差に基づいて、所定の測角領域において角度と
びを起こさない第３の素子アンテナと第１の素子アンテ
ナとの間の第１の距離を算出する第１の距離算出手段
と、第２の距離／第１の距離が最小となる第１、第２及
び第３の素子アンテナの最適な位置を選択する選択手段
とを備えている。そのため、測角精度を確保しつつ、所
定の領域において誤測角をおこすことがない。そして、
素子アンテナを増やすことなく、より確実に高い精度で
入射角度を求めることができる。このため、入射角度推
定装置において精度の向上を図ることができる。

【００７４】また、第１の距離あるいは第２の距離は、
複数の素子アンテナの配列において、ｎ番目の素子アン
テナに対するｎ−１番目の素子アンテナの距離である。
そのため、素子アンテナ数を抑えながら開口径を増大す
ることが可能となる。

【００７５】また、第１の素子アンテナは、第２の素子
アンテナと第３の素子アンテナの間に設けられている。
そのため、素子アンテナの配列を短くすることができ、
装置をコンパクトにすることができる。

【００７６】また、第１の素子アンテナは、第２の素子
アンテナと第３の素子アンテナの間の外側に設けられて
いる。そのため、素子アンテナ数を抑えながら開口径を
増大することが可能となる。

【００７７】また、他の発明に係る入射角度推定装置の
素子アンテナの配列方法は、少なくとも３個の素子アン
テナを有しこれらの素子アンテナで受信した電波を測角
処理して電波の入射角度を推定する入射角度推定装置の
素子アンテナの配列方法において、所定の測角精度を満
たす第３の素子アンテナと第２の素子アンテナの間の第
２の距離を、入射する信号の波長、所定の測角精度、ア
ンビギュイティを排除し測角を行える角度領域幅、及び
両素子アンテナのチャネルの位相補償誤差の２乗平均推
定値に基づいて求め、一方、所定の測角領域において角
度とびを起こさない第３の素子アンテナと第１の素子ア
ンテナの間の第１の距離を、波長、角度領域幅、位相補
償誤差の２乗平均推定値、及び所定のマージンに基づい
て求め、第２の距離／第１の距離が最小となるように、
第１の素子アンテナを第３の素子アンテナと第２の素子
アンテナの間に配列する。そのため、測角精度を確保し
つつ、所定の領域において誤測角をおこすことがないよ
うに素子アンテナを配列することができ、素子アンテナ
を増やすことなく、より確実に高い精度で入射角度を求
めることができる。

【００７８】また、他の発明に係る入射角度推定装置の
素子アンテナの配列方法は、少なくとも３個の素子アン
テナを有しこれらの素子アンテナで受信した電波を測角
処理して電波の入射角度を推定する入射角度推定装置の
素子アンテナの配列方法において、所定の測角精度を満
たす第３の素子アンテナと第２の素子アンテナの間の第
２の距離を、入射する信号の波長、所定の測角精度、ア
ンビギュイティを排除し測角を行える角度領域幅、及び
両素子アンテナのチャネルの位相補償誤差の２乗平均推
定値に基づいて求め、一方、所定の測角領域において角
度とびを起こさない第３の素子アンテナと第１の素子ア
ンテナの間の第１の距離を、波長、角度領域幅、位相補
償誤差の２乗平均推定値、及び所定のマージンに基づい
て求め、第２の距離／第１の距離が最小となるように、
第１の素子アンテナを第３の素子アンテナと第２の素子
アンテナの間の外側に配列する。そのため、測角精度を
確保しつつ、所定の領域において誤測角をおこすことが
ないように素子アンテナを配列することができ、素子ア
ンテナを増やすことなく、より確実に高い精度で入射角
度を求めることができる。

【００７９】また、第１の素子アンテナあるいは第２の
素子アンテナの少なくともいずれか一方を所定の間隔を
開けて複数本設け、複数本の素子アンテナのうち１本を
選択可能な切り替えスイッチを設け、切り替えスイッチ
を切り替えながら位相補償誤差を求め、これに基づき第
１の距離あるいは第２の距離の適切な値を求める。その
ため、測定作業の時間を短縮することができ、測定の作
業効率を向上することができる。

【００８０】また、第１の素子アンテナあるいは第２の
素子アンテナの少なくともいずれか一方を第３の素子ア
ンテナに対して移動可能に設け、移動可能に設けた素子
アンテナを移動させながら、位相補償誤差を求め、これ
に基づき第１の距離あるいは第２の距離の適切な値を求
める。そのため、測定作業の時間を短縮することがで
き、測定の作業効率を向上することができる。

【００８１】さらに、第１の距離あるいは第２の距離
は、複数の素子アンテナの配列において、ｎ番目の素子
アンテナに対するｎ−１番目の素子アンテナの距離であ
る。そのため、素子アンテナ数を抑えながら開口径を増
大することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施の形態１の入射角度推定装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】 ３素子不等間隔アレーを用いた入射角度推定
の原理を示す概念図である。

【図３】 本発明の信号処理部での処理手順を表すフロ
ーチャートである。

【図４】 位相差φ１がπに近接するときの入射角度推
定方法の概念図である。

【図５】 素子間隔の比によって発生する誤った位相差
選択の概念図である。

【図６】 素子間隔ｄ_１＝３０．０ｍｍ，ｄ_２＝９０．
０ｍｍにおける測角実験結果の一例を示す図である。

【図７】 本実施の形態２の入射角度推定装置の構成を
示すブロック図である。

【図８】 本実施の形態３の入射角度推定装置の構成を
示すブロック図である。

【図９】 従来の入射角度推定装置のブロック図であ
る。

【図１０】 位相差方探の原理的構成を示す概念図であ
る。

【符号の説明】

１_１，１'_１ 素子アンテナ（第１の素子アンテナ）、
１_２，１'_２ 素子アンテナ（第２の素子アンテナ）、
１_３，１'_３ 素子アンテナ（第３の素子アンテナ）、
２_１，２_２，２_３ ミキサ、３_１，３_２，３_３ Ａ／Ｄ
変換器、４ 信号処理部（位相補償値算出手段）、５
位相差計測器（第１の距離算出手段，第２の距離算出手
段）、６ スイッチ制御装置（選択手段）、８_１，８_２
切替スイッチ（選択手段）、ｄ_１ 素子間隔（第１の
距離）、ｄ_２ 素子間隔（第２の距離）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤坂 貴彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 稲常 茂穂 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA03 AA05 AA06 CA06 EA04 FA06 FA17 FA20 FA26 FA31 FA32 HA05 HA10 JA10

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線上に配列された複数の素子アンテナ
   を有し、第１、第２及び第３の素子アンテナを選択し、
   これらの素子アンテナで受信した電波を測角処理して該
   電波の入射角度を推定する入射角度推定装置において、 上記複数のアンテナから、第１と第３の素子アンテナの
   間隔に対して、第２と第３の素子アンテナの間隔が広く
   なるように任意の３個の素子アンテナを選択する選択手
   段と、 上記第１、第２及び第３の素子アンテナで受信した電波
   から位相補償誤差を算出する位相補償誤差算出手段と、 上記位相補償誤差に基づいて、所定の測角精度を満たす
   上記第３の素子アンテナと上記第２の素子アンテナとの
   間の第２の距離を算出する第２の距離算出手段と、 上記位相補償誤差に基づいて、所定の測角領域において
   角度とびを起こさない上記第３の素子アンテナと上記第
   １の素子アンテナとの間の第１の距離を算出する第１の
   距離算出手段とを備え、 上記選択手段は、上記第２の距離／上記第１の距離が最
   小となる上記第１、第２及び第３の素子アンテナを選択
   することを特徴とする入射角度推定装置。
2. 【請求項２】 直線上に移動可能に配列された少なくと
   も第１、第２及び第３の３個の素子アンテナを有し、こ
   れらの素子アンテナで受信した電波を測角処理して該電
   波の入射角度を推定する入射角度推定装置において、 上記第１、第２及び第３の３個の素子アンテナは、第１
   と第３の素子アンテナの間隔に対して、第２と第３の素
   子アンテナの間隔が広くなるように配列され、 上記第１、第２及び第３の素子アンテナで受信した電波
   から位相補償誤差を算出する位相補償誤差算出手段と、 上記位相補償誤差に基づいて、所定の測角精度を満たす
   上記第３の素子アンテナと上記第２の素子アンテナとの
   間の第２の距離を算出する第２の距離算出手段と、 上記位相補償誤差に基づいて、所定の測角領域において
   角度とびを起こさない上記第３の素子アンテナと上記第
   １の素子アンテナとの間の第１の距離を算出する第１の
   距離算出手段と、 上記第２の距離／上記第１の距離が最小となる上記第
   １、第２及び第３の素子アンテナの最適な位置を選択す
   る選択手段とを備えたことを特徴とする入射角度推定装
   置。
3. 【請求項３】 上記第１の距離あるいは上記第２の距離
   は、上記複数の素子アンテナの配列において、ｎ番目の
   素子アンテナに対するｎ−１番目の素子アンテナの距離
   であることを特徴とする請求項１または２記載の入射角
   度推定装置。
4. 【請求項４】 上記第１の素子アンテナは、上記第２の
   素子アンテナと上記第３の素子アンテナの間に設けられ
   ていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載
   の入射角度推定装置。
5. 【請求項５】 上記第１の素子アンテナは、上記第２の
   素子アンテナと上記第３の素子アンテナの間の外側に設
   けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
   か記載の入射角度推定装置。
6. 【請求項６】 少なくとも３個の素子アンテナを有しこ
   れらの素子アンテナで受信した電波を測角処理して該電
   波の入射角度を推定する入射角度推定装置の素子アンテ
   ナの配列方法において、 所定の測角精度を満たす第３の素子アンテナと第２の素
   子アンテナの間の第２の距離を、入射する信号の波長、
   所定の測角精度、アンビギュイティを排除し測角を行え
   る角度領域幅、及び両素子アンテナのチャネルの位相補
   償誤差の２乗平均推定値に基づいて求め、 一方、所定の測角領域において角度とびを起こさない第
   ３の素子アンテナと第１の素子アンテナの間の第１の距
   離を、上記波長、上記角度領域幅、上記位相補償誤差の
   ２乗平均推定値、及び所定のマージンに基づいて求め、 上記第２の距離／上記第１の距離が最小となるように、
   上記第１の素子アンテナを上記第３の素子アンテナと上
   記第２の素子アンテナの間に配列することを特徴とする
   入射角度推定装置の素子アンテナの配列方法。
7. 【請求項７】 少なくとも３個の素子アンテナを有しこ
   れらの素子アンテナで受信した電波を測角処理して該電
   波の入射角度を推定する入射角度推定装置の素子アンテ
   ナの配列方法において、 所定の測角精度を満たす第３の素子アンテナと第２の素
   子アンテナの間の第２の距離を、入射する信号の波長、
   所定の測角精度、アンビギュイティを排除し測角を行え
   る角度領域幅、及び両素子アンテナのチャネルの位相補
   償誤差の２乗平均推定値に基づいて求め、 一方、所定の測角領域において角度とびを起こさない第
   ３の素子アンテナと第１の素子アンテナの間の第１の距
   離を、上記波長、上記角度領域幅、上記位相補償誤差の
   ２乗平均推定値、及び所定のマージンに基づいて求め、 上記第２の距離／上記第１の距離が最小となるように、
   上記第１の素子アンテナを上記第３の素子アンテナと上
   記第２の素子アンテナの間の外側に配列することを特徴
   とする入射角度推定装置の素子アンテナの配列方法。
8. 【請求項８】 上記第１の素子アンテナあるいは上記第
   ２の素子アンテナの少なくともいずれか一方を所定の間
   隔を開けて複数本設け、該複数本の素子アンテナのうち
   １本を選択可能な切り替えスイッチを設け、該切り替え
   スイッチを切り替えながら上記位相補償誤差を求め、こ
   れに基づき上記第１の距離あるいは上記第２の距離の適
   切な値を求めることを特徴とする請求項６または７記載
   の入射角度推定装置の素子アンテナの配列方法。
9. 【請求項９】 上記第１の素子アンテナあるいは上記第
   ２の素子アンテナの少なくともいずれか一方を上記第３
   の素子アンテナに対して移動可能に設け、該移動可能に
   設けた素子アンテナを移動させながら、上記位相補償誤
   差を求め、これに基づき上記第１の距離あるいは上記第
   ２の距離の適切な値を求めることを特徴とする請求項６
   または７記載の入射角度推定装置の素子アンテナの配列
   方法。
10. 【請求項１０】 上記第１の距離あるいは上記第２の距
    離は、複数の素子アンテナの配列において、ｎ番目の素
    子アンテナに対するｎ−１番目の素子アンテナの距離で
    あることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか記載の
    入射角度推定装置の素子アンテナの配列方法。