JP2002055152A - 方位推定装置、指向性制御アンテナ装置及び方位推定方法 - Google Patents
方位推定装置、指向性制御アンテナ装置及び方位推定方法Info
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- JP2002055152A JP2002055152A JP2000242961A JP2000242961A JP2002055152A JP 2002055152 A JP2002055152 A JP 2002055152A JP 2000242961 A JP2000242961 A JP 2000242961A JP 2000242961 A JP2000242961 A JP 2000242961A JP 2002055152 A JP2002055152 A JP 2002055152A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 到来電波の水平方向及び鉛直方向の方位
推定を行う場合において、アレー素子数及び演算量を増
加させずに鉛直方向の推定精度と複数波到来時の分解能
の向上を図ること。 【解決手段】 アレーアンテナ１０１の各アレー素子１
１１−１〜ｎを地面からの高さが互いに異なり、鉛直方
向に互いに重ならないように配置する。受信周波数変換
部１０２及びＡ／Ｄ変換部１０３にて、各アレー素子１
１１−１〜ｎに受信された信号をベースバンドのディジ
タル信号に変換する。方位推定部１０５にて、変換され
た受信ディジタル信号を用いて、到来する電波の水平方
向及び鉛直方向の方位角を推定する。
推定を行う場合において、アレー素子数及び演算量を増
加させずに鉛直方向の推定精度と複数波到来時の分解能
の向上を図ること。 【解決手段】 アレーアンテナ１０１の各アレー素子１
１１−１〜ｎを地面からの高さが互いに異なり、鉛直方
向に互いに重ならないように配置する。受信周波数変換
部１０２及びＡ／Ｄ変換部１０３にて、各アレー素子１
１１−１〜ｎに受信された信号をベースバンドのディジ
タル信号に変換する。方位推定部１０５にて、変換され
た受信ディジタル信号を用いて、到来する電波の水平方
向及び鉛直方向の方位角を推定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアレーアンテナを用
いて到来電波の方位を推定する方位推定装置及び方位推
定方法と、推定結果を基にアレーアンテナの指向性を可
変制御する指向性制御アンテナ装置に関する。
いて到来電波の方位を推定する方位推定装置及び方位推
定方法と、推定結果を基にアレーアンテナの指向性を可
変制御する指向性制御アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、通信品質や周波数利用効率の向上
を図る技術として、伝搬環境に応じてアンテナの指向性
をダイナミックに変化させるアンテナ指向性制御技術が
注目されている。そして、アンテナ指向性制御技術の代
表的なものとして、アレーアンテナとディジタル信号処
理を用いるアダプティブアレーがあげられる。
を図る技術として、伝搬環境に応じてアンテナの指向性
をダイナミックに変化させるアンテナ指向性制御技術が
注目されている。そして、アンテナ指向性制御技術の代
表的なものとして、アレーアンテナとディジタル信号処
理を用いるアダプティブアレーがあげられる。
【０００３】アダプティブアレーは、一般にアレーアン
テナにおける受信のディジタル信号を何らかの既知情報
に基づいて解析することによりアレー素子の重み係数を
求めて指向性を形成する。そして、既知情報の１つが到
来電波の方位である。仮に所望波と干渉波の方位が判か
れば、所望波の方位にアレーアンテナの指向性のピーク
を向け、干渉波の方位にヌルを向けるような制御を行う
ことで通信品質を向上させることができる。
テナにおける受信のディジタル信号を何らかの既知情報
に基づいて解析することによりアレー素子の重み係数を
求めて指向性を形成する。そして、既知情報の１つが到
来電波の方位である。仮に所望波と干渉波の方位が判か
れば、所望波の方位にアレーアンテナの指向性のピーク
を向け、干渉波の方位にヌルを向けるような制御を行う
ことで通信品質を向上させることができる。
【０００４】一方、到来電波の方位推定技術は、基地局
における通信端末の位置検出としても注目されており、
空間的なトラフィック情報を用いたダイナッミクチャネ
ル割当に利用することができるだけでなく、不法電波の
監視装置などへの適応も検討されている。
における通信端末の位置検出としても注目されており、
空間的なトラフィック情報を用いたダイナッミクチャネ
ル割当に利用することができるだけでなく、不法電波の
監視装置などへの適応も検討されている。
【０００５】アレーアンテナの受信信号から到来電波の
方位を高精度に推定する手法として、MUSIC（MUltiple
SIgnal Classification）法に代表される固有空間法が
上げられる。固有空間法は各アレー素子で受信された複
素ディジタル信号から得られる共分散行列の固有ベクト
ルを利用する。MUSIC法の詳細は、R.O.Schmidt, "Multi
ple Emitter Location and Signal Parameter Estimati
on", IEEE Trans. AP-３４, ３, １９８６に記載されて
いる。
方位を高精度に推定する手法として、MUSIC（MUltiple
SIgnal Classification）法に代表される固有空間法が
上げられる。固有空間法は各アレー素子で受信された複
素ディジタル信号から得られる共分散行列の固有ベクト
ルを利用する。MUSIC法の詳細は、R.O.Schmidt, "Multi
ple Emitter Location and Signal Parameter Estimati
on", IEEE Trans. AP-３４, ３, １９８６に記載されて
いる。
【０００６】アレーアンテナを用いて到来電波の方位推
定を行う場合、推定精度と複数波到来時の分解能は、ア
レーアンテナを構成するアレー素子数、各アレー素子の
指向性、及びアレー素子が配置される空間的な位置関係
などに依存する。
定を行う場合、推定精度と複数波到来時の分解能は、ア
レーアンテナを構成するアレー素子数、各アレー素子の
指向性、及びアレー素子が配置される空間的な位置関係
などに依存する。
【０００７】ここで、到来波の水平方向の方位推定を行
うために、各アレー素子を円形に配置するのが一般的で
ある。そして、平面上にアレー素子を配置すると、水平
方向だけでなく鉛直方向も含めて到来波の方位を推定す
ることができる。特に円形アレーを鉛直方向に複数段重
ねるように配置し、全体として円筒形状になるようにす
ることで鉛直方向の推定精度を向上させることができ
る。
うために、各アレー素子を円形に配置するのが一般的で
ある。そして、平面上にアレー素子を配置すると、水平
方向だけでなく鉛直方向も含めて到来波の方位を推定す
ることができる。特に円形アレーを鉛直方向に複数段重
ねるように配置し、全体として円筒形状になるようにす
ることで鉛直方向の推定精度を向上させることができ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、円形ア
レーを鉛直方向に複数段重ねると、アレー素子数が増加
するためコスト面で不利となり、しかも、入力端が増加
するため信号処理の演算量も増加してしまう。
レーを鉛直方向に複数段重ねると、アレー素子数が増加
するためコスト面で不利となり、しかも、入力端が増加
するため信号処理の演算量も増加してしまう。
【０００９】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、到来電波の水平方向及び鉛直方向の方位推定を行
う場合において、アレー素子数及び演算量を増加させず
に鉛直方向の推定精度と複数波到来時の分解能の向上を
図ることができる方位推定装置及び方位推定方法と、方
位推定結果を用いてアレーアンテナの指向性ビームを可
変制御する指向性制御アンテナ装置を提供することを目
的とする。
あり、到来電波の水平方向及び鉛直方向の方位推定を行
う場合において、アレー素子数及び演算量を増加させず
に鉛直方向の推定精度と複数波到来時の分解能の向上を
図ることができる方位推定装置及び方位推定方法と、方
位推定結果を用いてアレーアンテナの指向性ビームを可
変制御する指向性制御アンテナ装置を提供することを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の方位推定装置
は、複数のアンテナをアレー素子として使用し、各アレ
ー素子を地面からの高さが互いに異なり、鉛直方向に互
いに重ならないように配置したアレーアンテナと、前記
各アレー素子に受信された無線周波数信号を中間周波数
信号またはベースバンド信号に変換する受信周波数変換
手段と、この受信周波数変換手段のアナログ出力信号を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／
Ｄ変換手段から出力されたディジタル信号を用いて到来
電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角を推定する方
位推定手段とを具備する構成を採る。
は、複数のアンテナをアレー素子として使用し、各アレ
ー素子を地面からの高さが互いに異なり、鉛直方向に互
いに重ならないように配置したアレーアンテナと、前記
各アレー素子に受信された無線周波数信号を中間周波数
信号またはベースバンド信号に変換する受信周波数変換
手段と、この受信周波数変換手段のアナログ出力信号を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／
Ｄ変換手段から出力されたディジタル信号を用いて到来
電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角を推定する方
位推定手段とを具備する構成を採る。
【００１１】この構成により、同一平面内に円形配置し
たアレーアンテナを用いた場合と比較して、アレー素子
数及び演算量の増加を抑え、鉛直方向の方位推定精度及
び分解能を向上させることができる。
たアレーアンテナを用いた場合と比較して、アレー素子
数及び演算量の増加を抑え、鉛直方向の方位推定精度及
び分解能を向上させることができる。
【００１２】本発明の方位推定装置は、１つの螺線上に
アレーアンテナの各アレー素子を配置する構成を採る。
アレーアンテナの各アレー素子を配置する構成を採る。
【００１３】本発明の方位推定装置は、水平投影面上に
おいてアレーアンテナの各アレー素子が等間隔となるよ
うに前記各アレー素子を配置する構成を採る。
おいてアレーアンテナの各アレー素子が等間隔となるよ
うに前記各アレー素子を配置する構成を採る。
【００１４】これらの構成により、到来波の水平方向の
方位に対する精度を均一に保つことができる。
方位に対する精度を均一に保つことができる。
【００１５】本発明の方位推定装置は、水平投影面上に
おいてアレーアンテナの各アレー素子の間隔が不均一と
なるように前記各アレー素子を配置する構成を採る。
おいてアレーアンテナの各アレー素子の間隔が不均一と
なるように前記各アレー素子を配置する構成を採る。
【００１６】この構成により、特定方位の到来電波に対
する推定精度の劣化を防ぐことができる。これは、アレ
ーアンテナのアレー素子数が少ない場合に特に有効であ
る。
する推定精度の劣化を防ぐことができる。これは、アレ
ーアンテナのアレー素子数が少ない場合に特に有効であ
る。
【００１７】本発明の方位推定装置は、方位推定手段に
て推定された到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方
位角に基づいて、送信源の位置を算出する位置算出手段
を具備する構成を採る。
て推定された到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方
位角に基づいて、送信源の位置を算出する位置算出手段
を具備する構成を採る。
【００１８】この構成により、送信源の位置を算出する
ことができる。しかも、到来電波の水平方向及び鉛直方
向の方位に基づいて送信源の位置を算出するため、伝搬
遅延に基づいて送信源の位置を算出する場合に比べて精
度が高い。
ことができる。しかも、到来電波の水平方向及び鉛直方
向の方位に基づいて送信源の位置を算出するため、伝搬
遅延に基づいて送信源の位置を算出する場合に比べて精
度が高い。
【００１９】本発明の指向性制御アンテナ装置は、上記
いずれかの方位推定装置にて得られたディジタル信号と
到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角に基づい
て受信重み係数を求める受信重み係数算出手段と、この
受信重み係数算出手段によって得られた受信重み係数を
用いて前記アレーアンテナの指向性合成を行う受信ビー
ム形成手段とを具備する構成を採る。
いずれかの方位推定装置にて得られたディジタル信号と
到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角に基づい
て受信重み係数を求める受信重み係数算出手段と、この
受信重み係数算出手段によって得られた受信重み係数を
用いて前記アレーアンテナの指向性合成を行う受信ビー
ム形成手段とを具備する構成を採る。
【００２０】この構成により、所望波の方向には指向性
パターンのピークを向け、干渉波の方向には指向性パタ
ーンのヌルを向けるように指向性を制御して受信するこ
とで受信感度を向上させることができる。
パターンのピークを向け、干渉波の方向には指向性パタ
ーンのヌルを向けるように指向性を制御して受信するこ
とで受信感度を向上させることができる。
【００２１】本発明の指向性制御アンテナ装置は、上記
いずれかの方位推定装置にて得られたディジタル信号と
到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角に基づい
て送信重み係数を求める送信重み係数算出手段と、この
送信重み係数算出手段によって得られた送信重み係数で
送信ディジタル信号に重み付けを行う送信ビーム形成手
段と、重み付けされた送信ディジタル信号をアナログ信
号に変換するＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段か
ら出力された中間周波数信号またはベースバンド信号を
無線周波数信号に変換して無線送信する送信周波数変換
手段とを具備する構成を採る。
いずれかの方位推定装置にて得られたディジタル信号と
到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角に基づい
て送信重み係数を求める送信重み係数算出手段と、この
送信重み係数算出手段によって得られた送信重み係数で
送信ディジタル信号に重み付けを行う送信ビーム形成手
段と、重み付けされた送信ディジタル信号をアナログ信
号に変換するＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段か
ら出力された中間周波数信号またはベースバンド信号を
無線周波数信号に変換して無線送信する送信周波数変換
手段とを具備する構成を採る。
【００２２】この構成により、所望波の方向には指向性
パターンのピークを向け、干渉波の方向には指向性パタ
ーンのヌルを向けるように指向性を制御して送信するこ
とで通信品質を向上させることができる。
パターンのピークを向け、干渉波の方向には指向性パタ
ーンのヌルを向けるように指向性を制御して送信するこ
とで通信品質を向上させることができる。
【００２３】本発明の指向性制御アンテナ装置は、重み
付けされた送信ディジタル信号をアナログ信号に変換す
るＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段から出力され
た中間周波数信号またはベースバンド信号を無線周波数
信号に変換して無線送信する送信周波数変換手段とを具
備し、受信ビーム形成手段は、受信重み係数で送信ディ
ジタル信号に重み付けを行う構成を採る。
付けされた送信ディジタル信号をアナログ信号に変換す
るＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段から出力され
た中間周波数信号またはベースバンド信号を無線周波数
信号に変換して無線送信する送信周波数変換手段とを具
備し、受信ビーム形成手段は、受信重み係数で送信ディ
ジタル信号に重み付けを行う構成を採る。
【００２４】この構成により、送信重み係数を算出する
必要がなくなるので、演算量の削減及び装置の小型化を
図ることができる。
必要がなくなるので、演算量の削減及び装置の小型化を
図ることができる。
【００２５】本発明の指向性制御アンテナ装置は、上記
いずれかの方位推定装置のアレーアンテナよりアレー素
子数が多い第２のアレーアンテナを具備し、送信周波数
変換手段は、前記第２のアレーアンテナから無線周波数
信号を無線送信する構成を採る。
いずれかの方位推定装置のアレーアンテナよりアレー素
子数が多い第２のアレーアンテナを具備し、送信周波数
変換手段は、前記第２のアレーアンテナから無線周波数
信号を無線送信する構成を採る。
【００２６】この構成により、送信時に所望波方向に向
けられる指向性ビームを鋭くすることができるので、受
信機側の電力消費を低減することができる。
けられる指向性ビームを鋭くすることができるので、受
信機側の電力消費を低減することができる。
【００２７】本発明の方位推定方法は、アレーアンテナ
を構成する複数のアンテナを、地面からの高さが互いに
異なり、鉛直方向に互いに重ならないように配置し、前
記各アンテナに受信された信号を用いて到来電波の水平
方向方位角及び鉛直方向方位角を推定する方法をとる。
を構成する複数のアンテナを、地面からの高さが互いに
異なり、鉛直方向に互いに重ならないように配置し、前
記各アンテナに受信された信号を用いて到来電波の水平
方向方位角及び鉛直方向方位角を推定する方法をとる。
【００２８】この方法により、同一平面内に円形配置し
たアレーアンテナを用いた場合と比較して、アレー素子
数及び演算量の増加を抑え、鉛直方向の方位推定精度及
び分解能を向上させることができる。
たアレーアンテナを用いた場合と比較して、アレー素子
数及び演算量の増加を抑え、鉛直方向の方位推定精度及
び分解能を向上させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】本発明の骨子は、アレーアンテナ
を構成する複数のアンテナを、地面からの高さが互いに
異なり、鉛直方向に互いに重ならないように配置するこ
とである。
を構成する複数のアンテナを、地面からの高さが互いに
異なり、鉛直方向に互いに重ならないように配置するこ
とである。
【００３０】以下、本発明の実施の形態について、添付
図面を参照して詳細に説明する。
図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１における方位推定装置の構成を示すブロック図で
ある。図１に示す方位推定装置は、アレーアンテナ１０
１と、受信周波数変換部１０２と、Ａ／Ｄ変換部１０３
と、クロック生成部１０４と、方位推定部１０５とから
主に構成される。また、アレーアンテナ１０１は、ｎ本
（ｎは２以上の自然数）のアレー素子１１１−１〜ｎで
構成される。アレーアンテナ１０１における各アレー素
子１１１−１〜ｎの配置位置については後述する。
形態１における方位推定装置の構成を示すブロック図で
ある。図１に示す方位推定装置は、アレーアンテナ１０
１と、受信周波数変換部１０２と、Ａ／Ｄ変換部１０３
と、クロック生成部１０４と、方位推定部１０５とから
主に構成される。また、アレーアンテナ１０１は、ｎ本
（ｎは２以上の自然数）のアレー素子１１１−１〜ｎで
構成される。アレーアンテナ１０１における各アレー素
子１１１−１〜ｎの配置位置については後述する。
【００３２】受信周波数変換部１０２は、アレーアンテ
ナ１０１の各アレー素子１１１−１〜ｎに受信された無
線周波数信号を中間周波数信号またはベースバンド信号
に変換する。
ナ１０１の各アレー素子１１１−１〜ｎに受信された無
線周波数信号を中間周波数信号またはベースバンド信号
に変換する。
【００３３】Ａ／Ｄ変換部１０３は、受信周波数変換部
１０２のアナログ出力信号を適当なサンプリング周波数
でディジタル信号に変換する。
１０２のアナログ出力信号を適当なサンプリング周波数
でディジタル信号に変換する。
【００３４】クロック生成部１０４は、サンプリング周
波数のクロックを生成してＡ／Ｄ変換部１０３に供給す
る。ただし、本発明においては、クロック生成部１０４
にて生成されるクロックの周波数が固定又は可変のどち
らであっても構わない。
波数のクロックを生成してＡ／Ｄ変換部１０３に供給す
る。ただし、本発明においては、クロック生成部１０４
にて生成されるクロックの周波数が固定又は可変のどち
らであっても構わない。
【００３５】方位推定部１０５は、Ａ／Ｄ変換部１０３
によって得られた受信のディジタル信号を用いて、到来
する電波の水平方向及び鉛直方向の方位角を推定する。
によって得られた受信のディジタル信号を用いて、到来
する電波の水平方向及び鉛直方向の方位角を推定する。
【００３６】次に、アレーアンテナ１０１のアレー素子
の配置と方位推定部１０５における方位推定手順につい
て説明する。なお、以下の説明において、φは水平方向
の角度を示しており範囲は０〜３６０°(０〜２π ra
d)、θは鉛直方向の角度を示しており範囲は−９０〜９
０°(−π/２〜π/２ rad)である。
の配置と方位推定部１０５における方位推定手順につい
て説明する。なお、以下の説明において、φは水平方向
の角度を示しており範囲は０〜３６０°(０〜２π ra
d)、θは鉛直方向の角度を示しており範囲は−９０〜９
０°(−π/２〜π/２ rad)である。
【００３７】方位推定は、例えばMUSIC法のような分解
能に優れたアルゴリズムを用いることにより受信電波の
到来方向を高精度に推定できる。MUSIC法は固有空間法
と呼ばれ、アレーアンテナの受信信号から共分散行列を
計算しその共分散行列の固有ベクトルを利用して到来方
向を推定する。
能に優れたアルゴリズムを用いることにより受信電波の
到来方向を高精度に推定できる。MUSIC法は固有空間法
と呼ばれ、アレーアンテナの受信信号から共分散行列を
計算しその共分散行列の固有ベクトルを利用して到来方
向を推定する。
【００３８】Ｍ素子アレーアンテナの受信信号をＸとす
ると、共分散行列ＲXXは以下に示す式（１）により求め
られる。
ると、共分散行列ＲXXは以下に示す式（１）により求め
られる。
【００３９】
【数１】 ここで、Ｘは各アレー素子の受信信号を要素とする行
列、Ｈは複素共役転置、―は平均をそれぞれ示す。到来
波数がＳの場合、共分散行列ＲXXの固有ベクトル空間
は、信号空間に属するＳ個の部分空間ＥSと雑音空間に
属する(Ｍ-Ｓ)個の部分空間ＥNとに分けることができ
る。到来電波の方位角(φ,θ)に対するアレーアンテナ
１０１の応答ベクトル（ステアリングベクトルと呼ばれ
る）Ａ(φ,θ)は以下に示す式（２）で表される。
列、Ｈは複素共役転置、―は平均をそれぞれ示す。到来
波数がＳの場合、共分散行列ＲXXの固有ベクトル空間
は、信号空間に属するＳ個の部分空間ＥSと雑音空間に
属する(Ｍ-Ｓ)個の部分空間ＥNとに分けることができ
る。到来電波の方位角(φ,θ)に対するアレーアンテナ
１０１の応答ベクトル（ステアリングベクトルと呼ばれ
る）Ａ(φ,θ)は以下に示す式（２）で表される。
【００４０】
【数２】 ここで、ｍは１からＭまでの自然数、ａm(φ,θ)は各ア
レー素子の応答ベクトル、Ｔは転置を示す。このとき到
来電波の方位(φ０,θ０)では、ＥNとＡ(φ０,θ０)が
直交する。特性を利用し、方位評価関数Ｆ(φ,θ)は以
下に示す式（３）で表される。
レー素子の応答ベクトル、Ｔは転置を示す。このとき到
来電波の方位(φ０,θ０)では、ＥNとＡ(φ０,θ０)が
直交する。特性を利用し、方位評価関数Ｆ(φ,θ)は以
下に示す式（３）で表される。
【００４１】
【数３】 そして、(φ,θ)を走査することによりＦ(φ０,θ０)に
おいてピークが検出される。
おいてピークが検出される。
【００４２】共分散行列ＲXX、雑音空間の固有ベクトル
ＥS、方位評価関数Ｆ(φ,θ)の計算方法はアレーアンテ
ナ１０１のアレー素子の配置位置には関係ないが、ステ
アリングベクトルＡ(φ,θ)はアレーアンテナ１０１の
各アレー素子の空間的な配置位置に依存する。
ＥS、方位評価関数Ｆ(φ,θ)の計算方法はアレーアンテ
ナ１０１のアレー素子の配置位置には関係ないが、ステ
アリングベクトルＡ(φ,θ)はアレーアンテナ１０１の
各アレー素子の空間的な配置位置に依存する。
【００４３】図２は、本実施の形態における各アレー素
子の配置位置の一例を示す斜視図であり、アレー素子数
が４の場合を示す。図２において、Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞ
れ直交軸、Ｌは水平投影面上のアレー素子間距離、Ｄは
鉛直方向のアレー素子間距離である。
子の配置位置の一例を示す斜視図であり、アレー素子数
が４の場合を示す。図２において、Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞ
れ直交軸、Ｌは水平投影面上のアレー素子間距離、Ｄは
鉛直方向のアレー素子間距離である。
【００４４】そして、図２では、各アレー素子１１１−
１〜４を直円柱側面上であって水平投影面上において距
離間隔Ｌ(Ｌ>０)となるように、同時に鉛直方向に対し
て距離間隔Ｄ(Ｄ>０)となるように配置した。すなわ
ち、図２では、各アレー素子１１１−１〜４を螺線Ｈｅ
上に配置した。
１〜４を直円柱側面上であって水平投影面上において距
離間隔Ｌ(Ｌ>０)となるように、同時に鉛直方向に対し
て距離間隔Ｄ(Ｄ>０)となるように配置した。すなわ
ち、図２では、各アレー素子１１１−１〜４を螺線Ｈｅ
上に配置した。
【００４５】以下、図２の場合におけるアレーアンテナ
１０１のステアリングベクトルＡ(φ,θ)について説明
する。図３は、図２の場合における到来電波を平面波と
した場合の各アレー素子の行路差を説明する図である。
図３（ａ）は、到来電波の方位角(φ,θ)を(φ1、０)と
した場合のＸＹ平面を示す図である。各アレー素子１１
１−１〜４は、素子間距離Ｌで等間隔に円形配置されて
おり、円の中心が座標原点である。到来電波を平面波と
仮定すると、アレー素子１１１-３とアレー素子１１１-
４の座標原点から見た行路差はそれぞれσ１とσ２とな
る。Ｘ軸方向をφ＝０とするとき、行路差σ１とσ２は
以下に示す式（４）により求められる。ただし、行路差
σ１とσ２は到来電波の波長で正規化している。
１０１のステアリングベクトルＡ(φ,θ)について説明
する。図３は、図２の場合における到来電波を平面波と
した場合の各アレー素子の行路差を説明する図である。
図３（ａ）は、到来電波の方位角(φ,θ)を(φ1、０)と
した場合のＸＹ平面を示す図である。各アレー素子１１
１−１〜４は、素子間距離Ｌで等間隔に円形配置されて
おり、円の中心が座標原点である。到来電波を平面波と
仮定すると、アレー素子１１１-３とアレー素子１１１-
４の座標原点から見た行路差はそれぞれσ１とσ２とな
る。Ｘ軸方向をφ＝０とするとき、行路差σ１とσ２は
以下に示す式（４）により求められる。ただし、行路差
σ１とσ２は到来電波の波長で正規化している。
【００４６】
【数４】 図３（ｂ）は、到来電波の方位角(φ,θ)を(０,θ1)と
した場合のＸＺ平面を示す図である。各アレー素子は鉛
直方向に素子間距離Ｄで配置されている。アレー素子１
１１-３から見たアレー素子１１１-2とアレー素子１１
１-４との相対的な行路差はそれぞれδ１とδ２とな
る。Ｘ軸方向をθ＝０とするとき、行路差δ１とδ２は
以下に示す式（５）により求められる。ただし、行路差
δ１とδ２は到来電波の波長で正規化している。
した場合のＸＺ平面を示す図である。各アレー素子は鉛
直方向に素子間距離Ｄで配置されている。アレー素子１
１１-３から見たアレー素子１１１-2とアレー素子１１
１-４との相対的な行路差はそれぞれδ１とδ２とな
る。Ｘ軸方向をθ＝０とするとき、行路差δ１とδ２は
以下に示す式（５）により求められる。ただし、行路差
δ１とδ２は到来電波の波長で正規化している。
【００４７】
【数５】 これより座標原点からの各アレー素子間の相対的な行路
差が求まるため、アレー素子数が４の場合、アレーアン
テナ１０１のステアリングベクトルＡ(φ,θ)は以下に
示す式（６）により求められる。
差が求まるため、アレー素子数が４の場合、アレーアン
テナ１０１のステアリングベクトルＡ(φ,θ)は以下に
示す式（６）により求められる。
【００４８】
【数６】 図４は、本実施の形態における各アレー素子の配置位置
の一例を示す図であり、アレー素子数がＭの場合を示
す。図４（ａ）はＸＹ平面図であり、図４（ｂ）は斜視
図である。図４に示すようなアレー素子数がＭの場合に
は、ステアリングベクトルＡ(φ,θ)は以下に示す式
（７）により求められる。
の一例を示す図であり、アレー素子数がＭの場合を示
す。図４（ａ）はＸＹ平面図であり、図４（ｂ）は斜視
図である。図４に示すようなアレー素子数がＭの場合に
は、ステアリングベクトルＡ(φ,θ)は以下に示す式
（７）により求められる。
【００４９】
【数７】 したがって、式（７）のステアリングベクトルＡ(φ,
θ)を用いることによりMUSIC法を用いた到来電波の方位
推定を行うことができる。
θ)を用いることによりMUSIC法を用いた到来電波の方位
推定を行うことができる。
【００５０】図５は、アレー素子数を５とし、方位推定
部１０５の推定アルゴリズムとしてMUSIC法を用いた場
合の鉛直方向の方位推定結果を示す図である。図５
（ａ）は、アレーアンテナ１０１の各アレー素子を同一
平面状に円形に配置した円形アレーを用いた場合であ
る。図５（ｂ）は、アレーアンテナ１０１の各アレー素
子を螺線上に配置した場合である。図５（ａ）、（ｂ）
において横軸は鉛直方向の方位、縦軸は評価関数の正規
化レベルを示し、図５（ａ）及び図５（ｂ）とも２波
（Ｐ、Ｑ）の到来電波が存在する場合を示す。
部１０５の推定アルゴリズムとしてMUSIC法を用いた場
合の鉛直方向の方位推定結果を示す図である。図５
（ａ）は、アレーアンテナ１０１の各アレー素子を同一
平面状に円形に配置した円形アレーを用いた場合であ
る。図５（ｂ）は、アレーアンテナ１０１の各アレー素
子を螺線上に配置した場合である。図５（ａ）、（ｂ）
において横軸は鉛直方向の方位、縦軸は評価関数の正規
化レベルを示し、図５（ａ）及び図５（ｂ）とも２波
（Ｐ、Ｑ）の到来電波が存在する場合を示す。
【００５１】そして、図５（ａ）と図５（ｂ）との比較
から明らかなように、図５（ｂ）の方が２波の到来電波
間（鉛直方向０°付近）における評価関数の正規化レベ
ルＫが低く、各アレー素子を螺線上に配置することによ
り分解能が向上する。
から明らかなように、図５（ｂ）の方が２波の到来電波
間（鉛直方向０°付近）における評価関数の正規化レベ
ルＫが低く、各アレー素子を螺線上に配置することによ
り分解能が向上する。
【００５２】図６は、アレー素子数を５とし、各アレー
素子を螺線上に配置し、方位推定部１０５の推定アルゴ
リズムとしてMUSIC法を用いたときの水平方向φと鉛直
方向θの方位推定結果を示す図である。図６から明らか
なように、各アレー素子を螺線上に配置し、推定アルゴ
リズムとしてMUSIC法を用いることで、水平方向φと鉛
直方向θにおいて高分解な方位推定を行うことができ
る。
素子を螺線上に配置し、方位推定部１０５の推定アルゴ
リズムとしてMUSIC法を用いたときの水平方向φと鉛直
方向θの方位推定結果を示す図である。図６から明らか
なように、各アレー素子を螺線上に配置し、推定アルゴ
リズムとしてMUSIC法を用いることで、水平方向φと鉛
直方向θにおいて高分解な方位推定を行うことができ
る。
【００５３】なお、本実施の形態では、一般に用いられ
る水平面上に円形等間隔にアレー素子を配置するアレー
アンテナと比較するため、水平投影面上において円形と
なりように各アレー素子を螺線上に配置する場合につい
て説明してが、本発明は、各アレー素子を地面からの高
さが互いに異なり、鉛直方向に互いに重ならないように
配置すれば水平方向φと鉛直方向θにおいて高分解な方
位推定を行うことができる。
る水平面上に円形等間隔にアレー素子を配置するアレー
アンテナと比較するため、水平投影面上において円形と
なりように各アレー素子を螺線上に配置する場合につい
て説明してが、本発明は、各アレー素子を地面からの高
さが互いに異なり、鉛直方向に互いに重ならないように
配置すれば水平方向φと鉛直方向θにおいて高分解な方
位推定を行うことができる。
【００５４】ただし、水平投影面上において円形となる
ように各アレー素子を螺線上に配置することにより、到
来波の水平方向の方位に対する精度を均一に保つことが
できる。
ように各アレー素子を螺線上に配置することにより、到
来波の水平方向の方位に対する精度を均一に保つことが
できる。
【００５５】（実施の形態２）実施の形態２は、実施の
形態１で説明した方法により得られた方位推定結果を用
いて送信源の位置を算出する場合を説明する。図７は、
本実施の形態における方位推定装置の構成を示すブロッ
ク図である。なお、図７に示す方位推定装置において、
図１に示した方位推定装置と共通する構成部分には、図
１と同一符号を付して説明を省略する。
形態１で説明した方法により得られた方位推定結果を用
いて送信源の位置を算出する場合を説明する。図７は、
本実施の形態における方位推定装置の構成を示すブロッ
ク図である。なお、図７に示す方位推定装置において、
図１に示した方位推定装置と共通する構成部分には、図
１と同一符号を付して説明を省略する。
【００５６】図７に示す方位推定装置は、図１に示した
方位推定装置と比較して、位置算出部２０１を追加した
構成を採る。方位推定部１０５は、Ａ／Ｄ変換部１０３
によって得られた受信のディジタル信号を用いて、到来
する電波の水平方向及び鉛直方向の方位角を推定し、方
位推定結果を位置算出部２０１に出力する。
方位推定装置と比較して、位置算出部２０１を追加した
構成を採る。方位推定部１０５は、Ａ／Ｄ変換部１０３
によって得られた受信のディジタル信号を用いて、到来
する電波の水平方向及び鉛直方向の方位角を推定し、方
位推定結果を位置算出部２０１に出力する。
【００５７】位置算出部２０１は、方位推定結果とアレ
ーアンテナ１０１の高度を用いて送信源の位置を算出す
る。図８は、位置算出部２０１における位置算出方法の
一例を示す図である。図８において、Ｈはアレーアンテ
ナ１０１の高度である。図８に示すような、送信源が路
上を走行する車載のアンテナ等、送信源の地面からの高
さが一定である場合には、以下に示す式（８）より、座
標原点から送信源までの距離Ｒを求めることができる。
ーアンテナ１０１の高度を用いて送信源の位置を算出す
る。図８は、位置算出部２０１における位置算出方法の
一例を示す図である。図８において、Ｈはアレーアンテ
ナ１０１の高度である。図８に示すような、送信源が路
上を走行する車載のアンテナ等、送信源の地面からの高
さが一定である場合には、以下に示す式（８）より、座
標原点から送信源までの距離Ｒを求めることができる。
【００５８】Ｒ＝Ｈ／tanθ1…（８） そして、位置算出部２０１は、Ｒとφ1により送信源の
位置を特定することができる。
位置を特定することができる。
【００５９】このように、送信源の位置を算出する位置
算出部２０１を有することにより、方位推定結果とアレ
ーアンテナ１０１の高度Ｈを用いて送信源の位置を算出
することができる。
算出部２０１を有することにより、方位推定結果とアレ
ーアンテナ１０１の高度Ｈを用いて送信源の位置を算出
することができる。
【００６０】また、従来から、送信側装置の信号送信時
刻と受信側装置の信号受信時刻の差である伝搬遅延に基
づいて送信側装置の位置を算出する方法が知られている
が、電波の伝搬遅延は微小であり、無線通信においては
フェージングや雑音等の影響により伝搬環境が変化する
ため、伝搬遅延の測定誤差が大きく、この方法では精度
に限界がある。これに対して本発明は、到来電波の水平
方向及び鉛直方向の方位を推定し、この推定結果に基づ
いて送信源の位置を算出するため精度が高い。
刻と受信側装置の信号受信時刻の差である伝搬遅延に基
づいて送信側装置の位置を算出する方法が知られている
が、電波の伝搬遅延は微小であり、無線通信においては
フェージングや雑音等の影響により伝搬環境が変化する
ため、伝搬遅延の測定誤差が大きく、この方法では精度
に限界がある。これに対して本発明は、到来電波の水平
方向及び鉛直方向の方位を推定し、この推定結果に基づ
いて送信源の位置を算出するため精度が高い。
【００６１】（実施の形態３）ここで、配置された各ア
レー素子の位置関係によっては、特定の方位から電波が
到来する場合に、方位推定精度が大きく劣化してしまう
ことがある。例えば、上記図２に示したアレー素子数が
４の場合、(φ,θ)=(０°,０°)、(９０°,０°)、(１
８０°,０°)、(２７０°,０°)において方位推定精度
が大きく劣化する。
レー素子の位置関係によっては、特定の方位から電波が
到来する場合に、方位推定精度が大きく劣化してしまう
ことがある。例えば、上記図２に示したアレー素子数が
４の場合、(φ,θ)=(０°,０°)、(９０°,０°)、(１
８０°,０°)、(２７０°,０°)において方位推定精度
が大きく劣化する。
【００６２】この問題を解決すべく、実施の形態３で
は、特定方位の到来電波に対する推定精度の劣化を防ぐ
ことができるように各アレー素子を配置する場合につい
て説明する。なお、本実施の形態において、装置全体の
構成は上記図１と同様であるので説明を省略する。
は、特定方位の到来電波に対する推定精度の劣化を防ぐ
ことができるように各アレー素子を配置する場合につい
て説明する。なお、本実施の形態において、装置全体の
構成は上記図１と同様であるので説明を省略する。
【００６３】図９は、本実施の形態における各アレー素
子の配置位置の一例を示すＸＹ平面図である。図９にお
いてＬ１、Ｌ２は水平投影面上におけるアレー素子間距
離である。ただし、Ｌ１≠Ｌ２とする。本実施の形態で
は、アレーアンテナ１０１の各アレー素子を螺線上に、
かつ、水平投影面上において各アレー素子の距離間隔が
不均一となるように配置する。
子の配置位置の一例を示すＸＹ平面図である。図９にお
いてＬ１、Ｌ２は水平投影面上におけるアレー素子間距
離である。ただし、Ｌ１≠Ｌ２とする。本実施の形態で
は、アレーアンテナ１０１の各アレー素子を螺線上に、
かつ、水平投影面上において各アレー素子の距離間隔が
不均一となるように配置する。
【００６４】図１０は、アレー素子数を４とし、方位推
定部１０５の推定アルゴリズムとしてMUSIC法を用いた
場合の方位推定結果を示す図である。図１０（ａ）は、
各アレー素子を螺線上に、かつ、水平投影面上において
各アレー素子の距離間隔が一定となるように配置した場
合の方位推定結果を示す図である。図１０（ｂ）は、各
アレー素子を螺線上に、かつ、水平投影面上において各
アレー素子の距離間隔が不均一となるように配置した場
合の方位推定結果を示す図である。そして、図１０
（ａ）及び図１０（ｂ）とも実際の到来電波の方位角Ｆ
(φ,θ)が(９０°,０°)である場合を示す。
定部１０５の推定アルゴリズムとしてMUSIC法を用いた
場合の方位推定結果を示す図である。図１０（ａ）は、
各アレー素子を螺線上に、かつ、水平投影面上において
各アレー素子の距離間隔が一定となるように配置した場
合の方位推定結果を示す図である。図１０（ｂ）は、各
アレー素子を螺線上に、かつ、水平投影面上において各
アレー素子の距離間隔が不均一となるように配置した場
合の方位推定結果を示す図である。そして、図１０
（ａ）及び図１０（ｂ）とも実際の到来電波の方位角Ｆ
(φ,θ)が(９０°,０°)である場合を示す。
【００６５】図１０（ａ）に示すように、水平投影面上
において各アレー素子の距離間隔が一定となるように配
置した場合、方位評価関数Ｆ(φ,θ)には所望方位のピ
ークの他に偽のピークが生じる。これに対し、図１０
（ｂ）に示すように、アレーアンテナ１０１の各アレー
素子を、水平投影面上において各アレー素子の距離間隔
が不均一となるように配置した場合、偽のピークのレベ
ルは低下し、方位推定精度を改善することができる。
において各アレー素子の距離間隔が一定となるように配
置した場合、方位評価関数Ｆ(φ,θ)には所望方位のピ
ークの他に偽のピークが生じる。これに対し、図１０
（ｂ）に示すように、アレーアンテナ１０１の各アレー
素子を、水平投影面上において各アレー素子の距離間隔
が不均一となるように配置した場合、偽のピークのレベ
ルは低下し、方位推定精度を改善することができる。
【００６６】このように、水平投影面上において各アレ
ー素子の距離間隔が不均一となるように配置することに
より、特定方位の到来電波に対する推定精度の劣化を防
ぐことができる。これは、アレーアンテナのアレー素子
数が少ない場合に特に有効である。
ー素子の距離間隔が不均一となるように配置することに
より、特定方位の到来電波に対する推定精度の劣化を防
ぐことができる。これは、アレーアンテナのアレー素子
数が少ない場合に特に有効である。
【００６７】（実施の形態４）実施の形態４では、実施
の形態１に係る方位推定装置を搭載し、方位推定部１０
５で得られた方位推定結果を用いて受信の指向性合成を
行う指向性制御アンテナ装置について説明する。
の形態１に係る方位推定装置を搭載し、方位推定部１０
５で得られた方位推定結果を用いて受信の指向性合成を
行う指向性制御アンテナ装置について説明する。
【００６８】図１１は、本実施の形態における指向性制
御アンテナ装置の構成を示すブロック図である。なお、
図１１に示す指向性制御アンテナ装置において、図１に
示した方位推定装置と共通する構成部分には、図１と同
一符号を付して説明を省略する。
御アンテナ装置の構成を示すブロック図である。なお、
図１１に示す指向性制御アンテナ装置において、図１に
示した方位推定装置と共通する構成部分には、図１と同
一符号を付して説明を省略する。
【００６９】図１１に示す指向性制御アンテナ装置は、
図１に示した方位推定装置に受信重み係数算出部３０１
及び受信ビーム形成部３０２を追加した構成を採る。
図１に示した方位推定装置に受信重み係数算出部３０１
及び受信ビーム形成部３０２を追加した構成を採る。
【００７０】受信重み係数算出部３０１は、Ａ／Ｄ変換
部１０３から出力された受信のディジタル信号と方位推
定部１０５から出力された方位推定結果を用いて、アレ
ーアンテナ１０１の各アレー素子における受信信号の振
幅と位相を制御するための受信重み係数を求める。
部１０３から出力された受信のディジタル信号と方位推
定部１０５から出力された方位推定結果を用いて、アレ
ーアンテナ１０１の各アレー素子における受信信号の振
幅と位相を制御するための受信重み係数を求める。
【００７１】受信ビーム形成部３０２は、Ａ／Ｄ変換部
１０３から出力された受信のディジタル信号に対して、
受信重み係数を用いてアレーアンテナ１０１の指向性合
成を行い、所望の受信ディジタル信号ＲＸを出力する。
１０３から出力された受信のディジタル信号に対して、
受信重み係数を用いてアレーアンテナ１０１の指向性合
成を行い、所望の受信ディジタル信号ＲＸを出力する。
【００７２】ここで所望波の方向には指向性パターンの
ピークが向き、干渉波の方向には指向性パターンのヌル
を向けるように指向性を制御すれば受信感度を向上させ
ることができる。
ピークが向き、干渉波の方向には指向性パターンのヌル
を向けるように指向性を制御すれば受信感度を向上させ
ることができる。
【００７３】（実施の形態５）実施の形態５では、実施
の形態１に係る方位推定装置を搭載し、方位推定部１０
５で得られた方位推定結果を用いて送受信の指向性合成
を行う指向性制御アンテナ装置について説明する。
の形態１に係る方位推定装置を搭載し、方位推定部１０
５で得られた方位推定結果を用いて送受信の指向性合成
を行う指向性制御アンテナ装置について説明する。
【００７４】図１２は、本実施の形態における指向性制
御アンテナ装置の第１の構成を示すブロック図である。
なお、図１２に示す指向性制御アンテナ装置において、
図１１に示した指向性制御アンテナ装置と共通する構成
部分には、図１１と同一符号を付して説明を省略する。
御アンテナ装置の第１の構成を示すブロック図である。
なお、図１２に示す指向性制御アンテナ装置において、
図１１に示した指向性制御アンテナ装置と共通する構成
部分には、図１１と同一符号を付して説明を省略する。
【００７５】図１２に示す指向性制御アンテナ装置は、
図１１に示した指向性制御アンテナ装置に送信重み係数
算出部４０１、送信ビーム形成部４０２、Ｄ／Ａ変換部
４０３及び送信周波数変換部４０４を追加した構成を採
る。
図１１に示した指向性制御アンテナ装置に送信重み係数
算出部４０１、送信ビーム形成部４０２、Ｄ／Ａ変換部
４０３及び送信周波数変換部４０４を追加した構成を採
る。
【００７６】送信重み係数算出部４０１は、Ａ／Ｄ変換
部１０３から出力された受信のディジタル信号と方位推
定部１０５から出力された方位推定結果を用いて、アレ
ーアンテナ１０１の各アレー素子における送信信号の振
幅と位相を制御するための送信重み係数を求める。
部１０３から出力された受信のディジタル信号と方位推
定部１０５から出力された方位推定結果を用いて、アレ
ーアンテナ１０１の各アレー素子における送信信号の振
幅と位相を制御するための送信重み係数を求める。
【００７７】送信ビーム形成部４０２は、送信ディジタ
ル信号に対して、送信重み係数を用いてアレーアンテナ
１０１の指向性制御を行う。Ｄ／Ａ変換部４０３は、送
信ビーム形成部４０２の出力信号をアナログ信号である
送信の中間周波数信号またはベースバンド信号に変換す
る。送信周波数変換部４０４は、Ｄ／Ａ変換部４０３か
ら出力された中間周波数信号またはベースバンド信号を
無線周波数信号に変換し、アレーアンテナから無線送信
する。
ル信号に対して、送信重み係数を用いてアレーアンテナ
１０１の指向性制御を行う。Ｄ／Ａ変換部４０３は、送
信ビーム形成部４０２の出力信号をアナログ信号である
送信の中間周波数信号またはベースバンド信号に変換す
る。送信周波数変換部４０４は、Ｄ／Ａ変換部４０３か
ら出力された中間周波数信号またはベースバンド信号を
無線周波数信号に変換し、アレーアンテナから無線送信
する。
【００７８】所望波の方向には指向性パターンのピーク
を向け、干渉波の方向には指向性パターンのヌルを向け
るように指向性を制御することで通信品質を向上させる
ことができる。
を向け、干渉波の方向には指向性パターンのヌルを向け
るように指向性を制御することで通信品質を向上させる
ことができる。
【００７９】ここで、図１３に示すように、指向性制御
アンテナ装置が、受信ビーム形成部３０２と送信ビーム
形成部４０２とを兼ね備えた送受信ビーム形成部５０１
を具備してもよい。この場合、送受信ビーム形成部５０
１は、Ａ／Ｄ変換部１０３から出力された受信のディジ
タル信号に対して、受信重み係数を用いてアレーアンテ
ナ１０１の指向性合成を行い、所望の受信ディジタル信
号を出力する。また、送受信ビーム形成部５０１は、送
信ディジタル信号に対して、受信重み係数を用いてアレ
ーアンテナ１０１の指向性制御を行う。これにより、送
信重み係数算出部４０１が不要となるので、演算量の削
減及び装置の小型化を図ることができる。
アンテナ装置が、受信ビーム形成部３０２と送信ビーム
形成部４０２とを兼ね備えた送受信ビーム形成部５０１
を具備してもよい。この場合、送受信ビーム形成部５０
１は、Ａ／Ｄ変換部１０３から出力された受信のディジ
タル信号に対して、受信重み係数を用いてアレーアンテ
ナ１０１の指向性合成を行い、所望の受信ディジタル信
号を出力する。また、送受信ビーム形成部５０１は、送
信ディジタル信号に対して、受信重み係数を用いてアレ
ーアンテナ１０１の指向性制御を行う。これにより、送
信重み係数算出部４０１が不要となるので、演算量の削
減及び装置の小型化を図ることができる。
【００８０】また、図１４に示すように、指向性制御ア
ンテナ装置に、アレー素子数ｎのアレーアンテナ１０１
とは別に、アレー素子数ｍ(ｍ＞ｎ)の送信用アレーアン
テナ６０１を設け、送信周波数変換部４０４から出力さ
れた無線周波数信号を送信用アレーアンテナ６０１から
無線送信してもよい。この場合、送信時に所望波方向に
向けられる指向性ビームを鋭くすることができるので、
受信機側の電力消費を低減することができる。
ンテナ装置に、アレー素子数ｎのアレーアンテナ１０１
とは別に、アレー素子数ｍ(ｍ＞ｎ)の送信用アレーアン
テナ６０１を設け、送信周波数変換部４０４から出力さ
れた無線周波数信号を送信用アレーアンテナ６０１から
無線送信してもよい。この場合、送信時に所望波方向に
向けられる指向性ビームを鋭くすることができるので、
受信機側の電力消費を低減することができる。
【００８１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
レーアンテナの各アレー素子をらせん形状に配置するこ
とで、同一平面内に円形配置した場合と比較して、鉛直
方向の方位推定精度及び分解能を向上させることができ
る。そして、この推定結果を用いることにより、送信源
の位置を算出することができ、さらに、アレーアンテナ
の指向性制御を行うことによる通信品質の改善や低消費
電力化などの効果も得ることができる。
レーアンテナの各アレー素子をらせん形状に配置するこ
とで、同一平面内に円形配置した場合と比較して、鉛直
方向の方位推定精度及び分解能を向上させることができ
る。そして、この推定結果を用いることにより、送信源
の位置を算出することができ、さらに、アレーアンテナ
の指向性制御を行うことによる通信品質の改善や低消費
電力化などの効果も得ることができる。
【図１】本発明の実施の形態１における方位推定装置の
構成を示すブロック図
構成を示すブロック図
【図２】上記実施の形態におけるアレーアンテナの構成
を示す斜視図
を示す斜視図
【図３】上記実施の形態における到来電波を平面波とし
た場合の各アレー素子の行路差を説明する図
た場合の各アレー素子の行路差を説明する図
【図４】上記実施の形態におけるアレーアンテナの構成
を示す図
を示す図
【図５】上記実施の形態における方位推定部の動作を説
明する第１の図
明する第１の図
【図６】上記実施の形態における方位推定部の動作を説
明する第２の図
明する第２の図
【図７】本発明の実施の形態２における方位推定装置の
構成を示すブロック図
構成を示すブロック図
【図８】上記実施の形態における位置算出部の動作を説
明する図
明する図
【図９】本発明の実施の形態３におけるアレーアンテナ
の構成を示す図
の構成を示す図
【図１０】上記実施の形態における方位推定部の動作を
説明する図
説明する図
【図１１】本発明の実施の形態４における指向性制御ア
ンテナ装置の構成を示すブロック図
ンテナ装置の構成を示すブロック図
【図１２】本発明の実施の形態５における指向性制御ア
ンテナ装置の構成を示す第１のブロック図
ンテナ装置の構成を示す第１のブロック図
【図１３】上記実施の形態における指向性制御アンテナ
装置の構成を示す第２のブロック図
装置の構成を示す第２のブロック図
【図１４】上記実施の形態における指向性制御アンテナ
装置の構成を示す第３のブロック図
装置の構成を示す第３のブロック図
１０１ アレーアンテナ １０２ 受信周波数変換部 １０３ Ａ／Ｄ変換部 １０４ クロック生成部 １０５ 方位推定部 ２０１ 位置算出部 ３０１ 受信重み係数算出部 ３０２ 受信ビーム形成部 ４０１ 送信重み係数算出部 ４０２ 送信ビーム形成部 ４０３ Ｄ／Ａ変換部 ４０４ 送信周波数変換部 ５０１ 送受信ビーム形成部 ６０１ 送信用アレーアンテナ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸上 高明 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA08 CA06 DB02 DB03 EA04 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA32 GA02 GA08 HA04 HA05 HA10 5J070 AC01 AC13 AD08 AH31
Claims (10)
- 【請求項１】 複数のアンテナをアレー素子として使用
し、各アレー素子を地面からの高さが互いに異なり、鉛
直方向に互いに重ならないように配置したアレーアンテ
ナと、前記各アレー素子に受信された無線周波数信号を
中間周波数信号またはベースバンド信号に変換する受信
周波数変換手段と、この受信周波数変換手段のアナログ
出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段
と、このＡ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル信号
を用いて到来電波の水平方向方位角及び鉛直方向方位角
を推定する方位推定手段とを具備することを特徴とする
方位推定装置。 - 【請求項２】 １つの螺線上にアレーアンテナの各アレ
ー素子を配置することを特徴とする請求項１記載の方位
推定装置。 - 【請求項３】 水平投影面上においてアレーアンテナの
各アレー素子が等間隔となるように前記各アレー素子を
配置することを特徴とする請求項２記載の方位推定装
置。 - 【請求項４】 水平投影面上においてアレーアンテナの
各アレー素子の間隔が不均一となるように前記各アレー
素子を配置することを特徴とする請求項２記載の方位推
定装置。 - 【請求項５】 方位推定手段にて推定された到来電波の
水平方向方位角及び鉛直方向方位角に基づいて、送信源
の位置を算出する位置算出手段を具備することを特徴と
する請求項１から請求項４のいずれかに記載の方位推定
装置。 - 【請求項６】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
の方位推定装置にて得られたディジタル信号と到来電波
の水平方向方位角及び鉛直方向方位角に基づいて受信重
み係数を求める受信重み係数算出手段と、この受信重み
係数算出手段によって得られた受信重み係数を用いて前
記アレーアンテナの指向性合成を行う受信ビーム形成手
段とを具備することを特徴とする指向性制御アンテナ装
置。 - 【請求項７】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
の方位推定装置にて得られたディジタル信号と到来電波
の水平方向方位角及び鉛直方向方位角に基づいて送信重
み係数を求める送信重み係数算出手段と、この送信重み
係数算出手段によって得られた送信重み係数で送信ディ
ジタル信号に重み付けを行う送信ビーム形成手段と、重
み付けされた送信ディジタル信号をアナログ信号に変換
するＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段から出力さ
れた中間周波数信号またはベースバンド信号を無線周波
数信号に変換して無線送信する送信周波数変換手段とを
具備することを特徴とする請求項６記載の指向性制御ア
ンテナ装置。 - 【請求項８】 重み付けされた送信ディジタル信号をア
ナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変
換手段から出力された中間周波数信号またはベースバン
ド信号を無線周波数信号に変換して無線送信する送信周
波数変換手段とを具備し、受信ビーム形成手段は、受信
重み係数で送信ディジタル信号に重み付けを行うことを
特徴とする請求項６記載の指向性制御アンテナ装置。 - 【請求項９】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
の方位推定装置のアレーアンテナよりアレー素子数が多
い第２のアレーアンテナを具備し、送信周波数変換手段
は、前記第２のアレーアンテナから無線周波数信号を無
線送信することを特徴とする請求項７又は請求項８記載
の指向性制御アンテナ装置。 - 【請求項１０】 アレーアンテナを構成する複数のアン
テナを、地面からの高さが互いに異なり、鉛直方向に互
いに重ならないように配置し、前記各アンテナに受信さ
れた信号を用いて到来電波の水平方向方位角及び鉛直方
向方位角を推定することを特徴とする方位推定方法。
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- 2000-08-10 JP JP2000242961A patent/JP4925502B2/ja not_active Expired - Fee Related
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