JP2002107439A - Device and method for estimating arrival direction - Google Patents

Device and method for estimating arrival direction

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JP2002107439A
JP2002107439A JP2000297673A JP2000297673A JP2002107439A JP 2002107439 A JP2002107439 A JP 2002107439A JP 2000297673 A JP2000297673 A JP 2000297673A JP 2000297673 A JP2000297673 A JP 2000297673A JP 2002107439 A JP2002107439 A JP 2002107439A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an arrival direction estimating device capable of accurately estimating the arrival direction of radio waves even in the case of using a receiver having a smaller number of elements in comparison with the number of directional antenna. SOLUTION: This arrival direction estimating device is provided with eight directional antennas 1 arranged in a circle, four receivers 2, a switch 4 for switching the eight directional antenna 8 and the four receivers 2, a control circuit 5 for switching the switch 4, and an arrival direction estimating unit 3 having an antenna selecting function and an arrival direction estimating function. The arrival direction estimating device roughly estimates the arrival direction in a first phase by using the four directional antennas 1 separated by 90 degree, and estimated the arrival direction in detail in a second phase by using the four directional antennas 1 close to an arrival direction showed by a result of the arrival direction estimation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーダや移動体通
信用の基地局などに適用できる到来波の到来方向推定装
置及び到来方向推定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an arrival direction estimating apparatus and an arrival direction estimating method applicable to a radar, a base station for mobile communication, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーダや移動体通信の基地局などにおい
ては、到来してくる電波の方向を精度良く推定でき、か
つ、低コストで実現可能な、到来方向推定装置が望まれ
ている。
2. Description of the Related Art In a radar or a base station for mobile communication, an arrival direction estimating apparatus capable of accurately estimating the direction of an incoming radio wave and realizing at low cost is desired.

【0003】高精度に到来方向を推定する方法として、
アレイアンテナの各素子の受信信号を基にするMUSI
C(Multiple Signal Classif
ication)(R. O. Schmit、“Mu
ltiple Emitter Location a
nd Signal Parameter Estim
ation”、 IEEE Trans. Anten
nas and Propagation, vol.
AP−34, no.3, pp.276−280,
March, 1986.)やESPRIT(Esti
mationof Signal Parameter
s via RotationalInvarianc
e Techniques)(R. Roy and
T.Kailath,“ESPRIT−Estimat
ion of Signal Parameters
via Rotational Invariance
Techniques”、 IEEE Trans.
on Acoustics, Speech, an
d Signal Processing,vol.3
7, pp.984−995, July 198
6.)が存在する。
As a method of estimating the direction of arrival with high accuracy,
MUSI based on received signals of each element of array antenna
C (Multiple Signal Classif)
ication) (RO Schmit, “Mu
little emitter location a
nd Signal Parameter Estim
ation ”, IEEE Trans. Anten
nas and Propagation, vol.
AP-34, no. 3, pp. 276-280,
March, 1986. ) And ESPRIT (Esti
nationof Signal Parameter
s via RotaryInvarianc
e Technologies) (R. Roy and
T. Keith, “ESPRIT-Estimat
ion of Signal Parameters
Via Rotational Innovation
Techniques ", IEEE Trans.
on Acoustics, Speech, an
d Signal Processing, vol. 3
7, pp. 984-995, July 198
6. ) Exists.

【0004】図6に、従来の到来方向推定装置の例を示
す。この従来の到来方向推定装置は、MUSICを用い
たもので、複数のアンテナ101と、複数のアンテナ1
01にそれぞれ接続された複数の受信機102と、複数
の受信機102に接続された到来方向推定部103とか
ら構成される。到来方向推定部103は、すべてのアン
テナからの受信信号を用いてMUSICによって到来方
向推定を行う。
FIG. 6 shows an example of a conventional DOA estimating apparatus. This conventional direction-of-arrival estimation device uses MUSIC, and has a plurality of antennas 101 and a plurality of antennas 1.
01, and a direction-of-arrival estimating unit 103 connected to the plurality of receivers 102. The direction-of-arrival estimating unit 103 performs direction-of-arrival estimation by MUSIC using received signals from all antennas.

【0005】しかしながら、従来の到来方向推定装置で
は、全ての素子の受信信号を到来方向推定アルゴリズム
として使用するために、アンテナ素子数と同じ数の受信
機が必要になる。このために、特にアンテナ素子数が多
いときなどに、受信機の数も膨大となり、コストが非常
にかかってしまう問題がある。
However, in the conventional direction-of-arrival estimation apparatus, the same number of receivers as the number of antenna elements are required in order to use the received signals of all elements as the direction-of-arrival estimation algorithm. For this reason, especially when the number of antenna elements is large, the number of receivers becomes enormous, and there is a problem that the cost is extremely high.

【0006】一方、受信機のコスト削減のために、アン
テナ素子数を減少させた場合には、到来方向推定精度が
劣化してしまう問題がある。
On the other hand, if the number of antenna elements is reduced to reduce the cost of the receiver, there is a problem that the estimation accuracy of the direction of arrival is deteriorated.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の到来方向推定装置においては、高精度な到来方向
推定と、低コスト化の両立ができない問題点があった。
As described above,
The conventional direction-of-arrival estimation device has a problem that it is impossible to achieve both high-accuracy direction-of-arrival estimation and cost reduction.

【0008】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、高精度な到来方向推定精度を維持したままに、受
信機の数を減らすことができる低コストな到来方向推定
装置及び到来方向推定方法を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a low-cost direction-of-arrival estimating apparatus and a direction-of-arrival capable of reducing the number of receivers while maintaining high-precision direction-of-arrival estimation accuracy. It is intended to provide an estimation method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る到来方向推
定装置は、複数の指向性アンテナ素子と、前記指向性ア
ンテナ素子の数より少ない数の複数の受信機と、前記複
数の指向性アンテナのうちから選択された、前記受信機
の数と同数またはそれより少ない数の複数の指向性アン
テナが、前記受信機に接続されるように切り替えを行う
切り替え手段と、予め選択された複数の指向性アンテナ
素子が、前記受信機に接続されるように、前記切り替え
手段に指示を出す第1の選択手段と、この第1の選択手
段の指示で前記切り替え手段によって前記複数の指向性
アンテナが接続されたときの前記複数の受信機の受信出
力に基づいて、電波の到来方向を粗く推定する第1の到
来方向推定手段と、前記第1の到来方向推定手段による
推定の結果得られた電波の到来方向に基づいて、精密な
到来方向推定で使用すべき複数の指向性アンテナ素子を
選択し、該選択された複数の指向性アンテナ素子が、前
記受信機に接続されるように、前記切り替え手段に指示
を出す第2の選択手段と、この第2の選択手段の指示で
前記切り替え手段によって前記複数の指向性アンテナが
接続されたときの前記複数の受信機の受信出力に基づい
て、電波の到来方向を精密に推定する第2の到来方向推
定手段とを備えたことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an arrival direction estimating apparatus comprising: a plurality of directional antenna elements; a plurality of receivers having a number smaller than the number of the directional antenna elements; Switching means for switching the number of directional antennas selected from among the plurality of directional antennas equal to or less than the number of the receivers to be connected to the receiver, and a plurality of directional antennas selected in advance. Selection means for instructing the switching means so that the directional antenna element is connected to the receiver, and the plurality of directional antennas are connected by the switching means at the instruction of the first selection means. A first direction-of-arrival estimating means for roughly estimating the direction of arrival of radio waves based on the reception outputs of the plurality of receivers at that time, and an estimation result obtained by the first direction-of-arrival estimation means. Based on the direction of arrival of the radio wave, select a plurality of directional antenna elements to be used in the accurate direction of arrival estimation, so that the selected plurality of directional antenna elements are connected to the receiver, A second selection unit that issues an instruction to the switching unit, and based on reception outputs of the plurality of receivers when the plurality of directional antennas are connected by the switching unit at the instruction of the second selection unit, A second direction-of-arrival estimating means for precisely estimating the direction of arrival of the radio wave.

【0010】また、本発明に係る到来方向推定方法は、
複数の指向性アンテナ素子を接続可能な複数の受信機
に、該受信機の数より多い数の指向性アンテナ素子のう
ちから選択された複数のものを接続し、このときの前記
複数の受信機の受信出力に基づいて、電波の到来方向を
粗く推定し、この推定の結果得られた電波の到来方向に
基づいて、前記受信機の数より多い数の指向性アンテナ
素子のうちから、精密な到来方向推定で使用すべき複数
の指向性アンテナ素子を選択し、前記複数の受信機に、
これら選択された複数の指向性アンテナ素子を接続し、
このときの前記複数の受信機の受信出力に基づいて、電
波の到来方向を精密に推定することを特徴とする。
[0010] Further, the arrival direction estimating method according to the present invention comprises:
A plurality of directional antenna elements can be connected to a plurality of receivers, and a plurality of directional antenna elements selected from the number of directional antenna elements greater than the number of the receivers are connected to the plurality of receivers. Of the direction of arrival of the radio wave based on the received output of the receiver, and based on the direction of arrival of the radio wave obtained as a result of this estimation, a precise one of the number of directional antenna elements greater than the number of the receivers. Select a plurality of directional antenna elements to be used in the direction of arrival estimation, to the plurality of receivers,
Connecting these selected directional antenna elements,
The direction of arrival of the radio wave is accurately estimated based on the reception outputs of the plurality of receivers at this time.

【0011】なお、装置に係る本発明は方法に係る発明
としても成立し、方法に係る本発明は装置に係る発明と
しても成立する。また、装置または方法に係る本発明
は、コンピュータに当該発明に相当する手順を実行させ
るための(あるいはコンピュータを当該発明に相当する
手段として機能させるための、あるいはコンピュータに
当該発明に相当する機能を実現させるための)プログラ
ムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体として
も成立する。
Note that the present invention relating to the apparatus is also realized as an invention relating to a method, and the present invention relating to a method is also realized as an invention relating to an apparatus. Further, the present invention according to an apparatus or a method has a function of causing a computer to execute a procedure corresponding to the present invention (or causing a computer to function as means corresponding to the present invention, or a computer having a function corresponding to the present invention). The present invention is also realized as a computer-readable recording medium on which a program (for realizing the program) is recorded.

【0012】本発明によれば、所定形状(例えば円形)
に配列された指向性アンテナを用いて到来方向推定を行
う場合に、アンテナ素子数よりも受信機の数が少なくて
も、選択された複数の指向性アンテナを用いて粗く第1
の到来方向推定を行い、次に、第1の到来方向推定結果
の方向に対して所定の選択基準で選択した複数の指向性
アンテナを用いて詳細に第2の到来方向推定を行うこと
で、高精度に到来方向を推定することができる。また、
第1の到来方向推定結果が2波以上の場合には、例え
ば、推定された到来方向における利得を比較することに
より使用するアンテナを選択することで、複数の到来波
があっても、一つの波の到来角度を推定するようにな
り、推定精度が向上する。また、例えば、推定された到
来方向と指向性アンテナの最大利得方向の角度差を比較
することにより使用するアンテナを選択することで、複
数の到来波があっても、一つの波の到来角度を推定する
ようになり、推定精度が向上する。また、例えば、第1
の到来方向推定では、最大受信電力の指向性アンテナの
最大利得方向を電波の到来方向とすることで、簡単なア
ルゴリズムで方向推定ができるとともに、装置の低コス
ト化が可能になる。また、例えば、2本のスリーブモノ
ポールアンテナの位相差給電によって、指向性アンテナ
を実現することで、所望の指向性を簡単に実現すること
ができる。以上のように、本発明によれば、高精度な到
来角度推定を実現しながら、装置の低コスト化が可能と
なる。
According to the present invention, a predetermined shape (for example, a circle)
When the direction of arrival estimation is performed using the directional antennas arranged in a plurality of directional antennas, even if the number of receivers is smaller than the number of antenna elements, the first
By performing a second direction-of-arrival estimation in detail using a plurality of directional antennas selected based on a predetermined selection criterion with respect to the direction of the first direction-of-arrival estimation result. The direction of arrival can be estimated with high accuracy. Also,
When the first arrival direction estimation result is two or more waves, for example, by selecting an antenna to be used by comparing gains in the estimated arrival direction, even if there are a plurality of arrival waves, one The wave arrival angle is estimated, and the estimation accuracy is improved. Also, for example, by selecting an antenna to use by comparing the angle difference between the estimated direction of arrival and the maximum gain direction of the directional antenna, even if there are multiple arriving waves, the arrival angle of one wave The estimation is performed, and the estimation accuracy is improved. Also, for example, the first
In the arrival direction estimation, the maximum gain direction of the directional antenna having the maximum received power is set as the arrival direction of the radio wave, so that the direction can be estimated by a simple algorithm and the cost of the device can be reduced. Also, for example, by realizing a directional antenna by feeding a phase difference between two sleeve monopole antennas, desired directivity can be easily realized. As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the cost of the apparatus while realizing highly accurate arrival angle estimation.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】図1に、本発明の一実施形態に係る到来方
向推定装置の構成例を示す。
FIG. 1 shows a configuration example of an arrival direction estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.

【0015】図1に示されるように、この到来方向推定
装置は、所定の形状に配列された所定数n(nは2≦n
の整数)の指向性アンテナ1と、アンテナ素子数nより
も少ない所定数m(mは2≦m<nの整数)の受信機2
と、複数のアンテナ1と複数の受信機2との接続を切り
替えるスイッチ4と、(m個またはそれより少ない)複
数の指向性アンテナ1を選択し、それらを受信機2へ接
続するようにスイッチ4に指示を出すとともに、それら
複数の指向性アンテナ1が接続された(m個の全部また
は一部の)受信機2の出力をもとに電波の到来方向推定
を行う到来方向推定部3と、到来方向推定部3からの指
示に従って、スイッチ4の切り替え制御を行う制御回路
5とを備えている。なお、図1は必ずしもアンテナの物
理的な配置を示すものではない。
As shown in FIG. 1, the direction-of-arrival estimating apparatus includes a predetermined number n (n is 2 ≦ n) arranged in a predetermined shape.
Directional antenna 1 and a predetermined number m (m is an integer of 2 ≦ m <n) of receivers 2 smaller than the number n of antenna elements
And a switch 4 for switching the connection between the plurality of antennas 1 and the plurality of receivers 2, and a switch for selecting a plurality of (m or less) directional antennas 1 and connecting them to the receiver 2 4, an arrival direction estimating unit 3 for estimating the direction of arrival of radio waves based on the outputs of (m or all of the m) receivers 2 to which the plurality of directional antennas 1 are connected. And a control circuit 5 for controlling switching of the switch 4 in accordance with an instruction from the arrival direction estimating unit 3. FIG. 1 does not always show the physical arrangement of the antenna.

【0016】上記の複数の指向性アンテナ1について、
所定の形状の配列には、種々のバリエーションが考えら
れるが、例えば、同じ特性を持つ複数の指向性アンテナ
が一つの円の円周上に配列され、かつ、ある指向性アン
テナの位置と円の中心の位置とその指向性アンテナに隣
接する指向性アンテナの位置とから形成される角度を全
て等しくするような配列が考えられる(図3参照)。も
ちろん、アンテナの特性が一様でない形態も、円以外の
形状で外周上に配列される形態も、等角度あるいは等間
隔でなく不規則的に配列される形態など、その他の形態
も可能である。
With respect to the plurality of directional antennas 1 described above,
Various arrangements can be considered for the arrangement of the predetermined shape.For example, a plurality of directional antennas having the same characteristics are arranged on the circumference of one circle, and the position of a certain directional antenna and the position of the circle are determined. An arrangement is conceivable in which the angles formed from the center position and the position of the directional antenna adjacent to the directional antenna are all equal (see FIG. 3). Of course, other forms are possible, such as a form in which the characteristics of the antenna are not uniform, a form in which the antenna is arranged on the outer periphery in a shape other than a circle, and a form in which irregular arrangements are not made at equal angles or intervals. .

【0017】図2に、到来方向推定装置の概略的な動作
手順の一例を示す。
FIG. 2 shows an example of a schematic operation procedure of the DOA estimating apparatus.

【0018】到来方向推定装置は、概略的には、(1)
到来方向推定部3は、予め選択されたn個(またはそれ
より少ない所定数(ただし、複数))の指向性アンテナ
1が受信機2に接続されるように、制御回路5に指示を
出してスイッチ4を切り替え(ステップS1)、それら
指向性アンテナ1から得られる受信出力をもとに、第1
の到来方向推定を行い(ステップS2)、(2)到来方
向推定部3は、第1の到来方向推定の結果得られた(推
定)到来方向に対して、所定の選択基準に従って指向性
アンテナ1をn個(またはそれより少ない所定数(ただ
し、複数))選択し(ステップS3)、それら選択され
た指向性アンテナ1が受信機2に接続されるように、制
御回路5に指示を出してスイッチ4を切り替え(ステッ
プS4)、それら選択された指向性アンテナ1から得ら
れる受信出力をもとに、第2の到来方向推定を行う(ス
テップS5)。なお、第1の到来方向推定において推定
結果として2以上の到来波(到来方向)を出力する機能
を持ち、かつ第1の到来方向推定によって2以上の到来
波(到来方向)が出力されたときに第2の到来方向推定
においてその全部または一部の複数の到来波(到来方
向)のそれぞれについて到来方向を推定可能とする場合
には、上記の(2)において、それら複数の到来波(到
来方向)についてそれぞれ第2の到来方向推定を行う。
この場合、ステップS3において、各到来波(到来方
向)についてアンテナの選択を行ってしまい、ステップ
S3,4を繰り返し行う方法や、ステップS3〜S5を
繰り返し行う方法が考えられる。また、第1の到来方向
推定において推定結果として1つの到来波(到来方向)
のみを出力する場合だけでなく、第1の到来方向推定に
おいて推定結果として2以上の到来波(到来方向)を出
力する機能を持ち、かつ第2の到来方向推定においては
所定の条件を満たす(例えば、受信出力の最も大きい、
あるいは予め定められた方位に最も近いなど)1つの到
来波(到来方向)についてのみ到来方向を推定するよう
な場合にも、上記の(2)においては、その1つの到来
波(到来方向)についてのみ第2の到来方向推定が行わ
れる。
The direction-of-arrival estimating device is generally represented by (1)
The direction-of-arrival estimating unit 3 issues an instruction to the control circuit 5 so that n (or a predetermined smaller number (multiple)) directional antennas 1 selected in advance are connected to the receiver 2. The switch 4 is switched (step S1), and based on the reception output obtained from the directional antenna 1, the first
(2) The direction-of-arrival estimating unit 3 determines the direction of arrival of the directional antenna 1 according to a predetermined selection criterion for the (estimated) direction of arrival obtained as a result of the first direction-of-arrival estimation. (Or a predetermined number (however, a plurality thereof) smaller than n) are selected (step S3), and an instruction is issued to the control circuit 5 so that the selected directional antenna 1 is connected to the receiver 2. The switch 4 is switched (step S4), and the second direction of arrival is estimated based on the reception output obtained from the selected directional antenna 1 (step S5). When the first direction-of-arrival estimation has a function of outputting two or more arrival waves (directions of arrival) as estimation results, and when two or more direction-of-arrivals (directions of arrival) are output by the first direction-of-arrival estimation In the second direction-of-arrival estimation, if it is possible to estimate the direction of arrival for each of all or some of the plurality of incoming waves (arriving directions), in the above (2), the plurality of incoming waves (arriving directions) 2), the second direction of arrival estimation is performed.
In this case, in step S3, an antenna is selected for each arriving wave (direction of arrival), and a method of repeatedly performing steps S3 and S4 and a method of repeatedly performing steps S3 to S5 can be considered. Also, one arrival wave (direction of arrival) is obtained as an estimation result in the first direction of arrival estimation.
In addition to the case of outputting only the first direction of arrival, the first direction of arrival estimation has a function of outputting two or more arriving waves (directions of arrival) as estimation results, and the second direction of arrival estimation satisfies a predetermined condition ( For example, the largest received output,
Alternatively, in the case of estimating the arrival direction only for one arriving wave (arrival direction) (eg, closest to a predetermined direction), in the above (2), the one arriving wave (arrival direction) Only the second direction-of-arrival estimation is performed.

【0019】次に、第1の到来方向推定の概要について
説明する。
Next, an outline of the first direction-of-arrival estimation will be described.

【0020】第1の到来方向推定には、種々のバリエー
ションが考えられるが、最も簡易で効果的な方法は、第
1の到来方向推定での到来方向を、第1の到来方向推定
に用いた複数のアンテナのうちの受信電力の最も大きな
アンテナの最大利得方向とする方法である。
Although various variations are conceivable for the first direction of arrival estimation, the simplest and most effective method uses the direction of arrival in the first direction of arrival estimation for the first direction of arrival estimation. This is a method of setting the maximum gain direction of the antenna having the largest received power among a plurality of antennas.

【0021】すなわち、本実施形態によれば、第1の到
来方向推定は、粗い到来方向推定で構わない。そこで、
受信電力の最も大きなアンテナを選択する。ここで、各
素子は、指向性アンテナであり、(ある基準点からみ
た)各素子の最大利得方向は、異なっていると考える。
そうすると、最大受信電力となっているアンテナの最大
利得方向が到来方向を指し示すこととなる。最大受信電
力のアンテナ素子の最大利得方向は、真の到来方向とは
異なるが、第1の推定は、粗い推定で構わないので、問
題はない。
That is, according to the present embodiment, the first direction-of-arrival estimation may be a coarse direction-of-arrival estimation. Therefore,
Select the antenna with the highest received power. Here, it is considered that each element is a directional antenna, and the maximum gain direction of each element (as viewed from a certain reference point) is different.
Then, the maximum gain direction of the antenna having the maximum received power indicates the direction of arrival. Although the maximum gain direction of the antenna element having the maximum received power is different from the true direction of arrival, there is no problem because the first estimation may be a rough estimation.

【0022】この場合、第1の到来方向推定は、受信電
力のみを比較するだけでよいので、アルゴリズムは簡単
であり、アルゴリズムのための計算装置が簡単となり、
より一層の低コスト化に寄与することができるようにな
る。また、アルゴリズムに要する演算時間が短縮できる
効果も同時に持っている。
In this case, the first direction-of-arrival estimation only needs to compare the received power, so that the algorithm is simple and the calculation device for the algorithm is simple.
This can contribute to further cost reduction. In addition, it has the effect of shortening the operation time required for the algorithm.

【0023】このように、アンテナ素子の受信電力を比
較するだけで、到来方向を粗く推定できる第1の到来方
向推定方法を提供でき、装置の低コスト化に貢献するこ
とができる。
As described above, it is possible to provide the first direction-of-arrival estimation method capable of roughly estimating the direction of arrival only by comparing the reception powers of the antenna elements, thereby contributing to cost reduction of the apparatus.

【0024】なお、第1の到来方向推定に用いた各アン
テナ素子からの受信電力および最大利得方向をもとに例
えば線形補間など簡易な補間アルゴリズムで、第1の到
来方向推定を補間して求めるようにしてもよい。
It should be noted that the first direction of arrival estimation is interpolated by a simple interpolation algorithm, such as linear interpolation, based on the received power from each antenna element and the maximum gain direction used for the first direction of arrival estimation. You may do so.

【0025】あるいは、第1の到来方向推定で、アンテ
ナ切り替えおよび受信を複数回行って、第1の到来方向
推定に用いるアンテナ数を倍増させて、方位分解能をあ
る程度向上させる方法もある。
Alternatively, there is a method in which antenna switching and reception are performed a plurality of times in the first direction-of-arrival estimation to double the number of antennas used for the first direction-of-arrival estimation to improve the azimuth resolution to some extent.

【0026】さらに、第1の到来方向推定と第2の到来
方向推定でアンテナの特性は同じで構わないが、それら
を異ならせる方法(例えば、第1の到来方向推定では、
第2の到来方向推定よりも、アンテナ放射パターンの半
値角を広くとる方法)も可能である。
Further, the antenna characteristics may be the same in the first direction-of-arrival estimation and the second direction-of-arrival estimation, but a method of making them different (for example, in the first direction-of-arrival estimation,
A method in which the half-value angle of the antenna radiation pattern is set wider than the second DOA estimation is also possible.

【0027】なお、第1の到来方向推定にてどのアンテ
ナ素子を用いるかについては、予め定められているもの
とする。ただし、その代わりに、第1の到来方向推定に
て用いる複数のアンテナ素子の組を、複数パターン用意
しておき、それらのうちから、適宜、使用する複数のア
ンテナ素子の組のパターンを選択するように構成するこ
とも可能である。
Note that which antenna element is to be used in the first direction-of-arrival estimation is predetermined. However, instead, a plurality of patterns of a plurality of antenna elements used in the first DOA estimation are prepared in advance, and a pattern of the plurality of antenna elements to be used is appropriately selected from them. Such a configuration is also possible.

【0028】次に、第2の到来方向推定の概要について
説明する。
Next, the outline of the second direction-of-arrival estimation will be described.

【0029】第2の到来方向推定においてアンテナ素子
を選択するための所定の選択基準には、種々のバリエー
ションが考えられるが、例えば、第1の到来方向推定に
て推定された到来方向およびアンテナ素子の利得・方向
特性に基づいて選択する方法(例えば、第1の到来方向
推定の結果得られた到来方向に対する利得の高い順にn
個選択する方法、この方法において利得が一定値以上で
あることを条件にn個を上限として選択する方法)、第
1の到来方向推定にて推定された到来方向およびアンテ
ナの最大利得方向(アンテナの配列の順番)に基づいて
選択する方法(例えば、第1の到来方向推定の結果得ら
れた到来方向とアンテナの最大利得方向との角度差の小
さい順にn個選択する方法、この角度差が一定値以下で
あることを条件にn個を上限として角度差の小さい順に
選択する方法)などがある。
Various variations can be considered for the predetermined selection criterion for selecting an antenna element in the second DOA estimation. For example, the arrival direction and the antenna element estimated in the first DOA estimation are considered. (E.g., n in descending order of gain in the DOA obtained as a result of the first DOA estimation)
A method of selecting the number of antennas, a method of selecting n as an upper limit on condition that the gain is equal to or more than a certain value), a direction of arrival estimated by the first direction of arrival estimation, and a maximum gain direction of the antenna (antenna (E.g., the order of arrangement of the antennas) (for example, a method of selecting n pieces in ascending order of the angle difference between the arrival direction obtained as a result of the first arrival direction estimation and the maximum gain direction of the antenna). A method in which the angle difference is selected in ascending order with n being the upper limit under the condition that the angle difference is equal to or less than a certain value).

【0030】また、第1の到来方向推定の結果得られた
到来波(到来方向)が複数ある場合には、ある到来方向
の到来波について、その他の到来方向の到来波から受け
る影響を考慮して、アンテナを選択する方法を採用する
と好ましい。
When there are a plurality of arriving waves (arriving directions) obtained as a result of the first arriving direction estimation, the influence of the arriving waves in one arriving direction from the arriving waves in the other arriving directions is considered. Then, it is preferable to adopt a method of selecting an antenna.

【0031】また、第1の到来方向推定において推定結
果として2以上の到来波(到来方向)を出力することが
ある場合には、第1の到来方向推定の結果得られた到来
波(到来方向)の個数に応じてアンテナ選択方法を変え
るようにしてもよい。
In the case where two or more arriving waves (arrival directions) may be output as the estimation result in the first arriving direction estimation, the arriving waves (arriving directions) obtained as a result of the first arriving direction estimation may be output. ) May be changed in accordance with the number of antennas.

【0032】以下、本実施形態についてより詳細に説明
する。
Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail.

【0033】(第1の具体例)はじめに、アンテナ1に
ついて説明する。アンテナ1は、指向性アンテナで構成
されているものとする。指向性アンテナは、ホーンアン
テナでもよいし、パッチアンテナでもよいし、八木・宇
田アンテナでもよいし、どのようなアンテナであって
も、所望の周波数において動作するように設計されてい
ればよい。
(First Specific Example) First, the antenna 1 will be described. The antenna 1 is assumed to be constituted by a directional antenna. The directional antenna may be a horn antenna, a patch antenna, a Yagi-Uda antenna, or any antenna as long as it is designed to operate at a desired frequency.

【0034】次に、第1の到来方向推定と、第2の到来
方向推定について説明する。
Next, the first direction-of-arrival estimation and the second direction-of-arrival estimation will be described.

【0035】ここでは、以下の説明のために、図3に示
すような、アンテナ素子数は8素子、アンテナ放射パタ
ーンは半値角が90度、最大利得方向は円形配列の中心
からみて180度反対方向(すなわち円の外側に放射す
る方向)、受信機の数は4個の場合を例にとって説明す
る。
Here, for the following description, as shown in FIG. 3, the number of antenna elements is 8, the antenna radiation pattern has a half-value angle of 90 degrees, and the maximum gain direction is 180 degrees opposite to the center of the circular array. The direction (that is, the direction of radiation outside the circle) and the number of receivers will be described as an example.

【0036】第1の到来方向推定は、粗い到来方向を行
うものである。第1の到来方向推定においては、方位角
360度のすべての方向で、ある程度の利得を有するよ
うな組み合わせの指向性アンテナを選択すればよい。こ
こでは、ビーム半値角が90度の指向性アンテナである
ので、1つおきに選択した4素子を組み合わせることで
360度の角度において3dBのレベル変動の指向性を
得ることができる。
The first direction-of-arrival estimation performs a coarse direction-of-arrival. In the first direction-of-arrival estimation, a combination of directional antennas having a certain degree of gain in all directions at an azimuth of 360 degrees may be selected. Here, since the directional antenna has a beam half-value angle of 90 degrees, it is possible to obtain a directivity of a level fluctuation of 3 dB at an angle of 360 degrees by combining four elements selected every other.

【0037】この状態において、到来方向推定を行う。
到来方向推定アルゴリズムは、いかなるアルゴリズムに
基づいていても構わない。つまり、方向が推定できれ
ば、どのような手法であってもよい。しかしながら、第
1の到来方向推定では、少ないアンテナ素子数で、36
0度すべての方向を評価することとなるので、推定精度
は劣化し、粗い到来方向推定となっている。
In this state, the direction of arrival is estimated.
The direction-of-arrival estimation algorithm may be based on any algorithm. That is, any method may be used as long as the direction can be estimated. However, in the first direction-of-arrival estimation, with a small number of antenna elements, 36
Since all directions at 0 degrees are evaluated, the estimation accuracy is degraded, resulting in coarse arrival direction estimation.

【0038】そこで、第2の到来方向推定は、高精度な
到来方向推定を行う。ここでは、一例として、第2の到
来方向推定においては、第1の到来方向推定の結果得ら
れた到来方向に対して利得の高い順に指向性アンテナを
選択(し、スイッチによって受信機に接続)するものと
する。この結果、第1の到来方向推定の結果得られた到
来方向に対して利得の高いアンテナのみで電波を受信す
ることとなる。つまり、等価的にS/Nが向上したこと
となり、到来方向推定精度が向上することとなる。
Therefore, the second direction-of-arrival estimation performs highly accurate direction-of-arrival estimation. Here, as an example, in the second direction-of-arrival estimation, a directional antenna is selected in descending order of gain with respect to the direction of arrival obtained as a result of the first direction-of-arrival estimation (and connected to the receiver by a switch). It shall be. As a result, the radio wave is received only by the antenna having a high gain in the direction of arrival obtained as a result of the first direction of arrival estimation. That is, the S / N is equivalently improved, and the DOA estimation accuracy is improved.

【0039】このようにアンテナを選択することによっ
て、到来方向の存在し得る範囲内のみで到来方向推定を
行うものである。つまり、図3の例を参照すれば、連続
した4素子を選択することによって、225度の角度に
おいて3dBのレベル変動の指向性を得ることができ
る。つまり、4素子によって225度の範囲の到来方向
推定を行う。
By selecting an antenna in this manner, the DOA is estimated only within the range where the DOA can exist. That is, referring to the example of FIG. 3, by selecting four continuous elements, it is possible to obtain a directivity of a level fluctuation of 3 dB at an angle of 225 degrees. That is, the direction of arrival in the range of 225 degrees is estimated by four elements.

【0040】このような第2の到来方向推定では、アン
テナ素子数は少ないものの、到来方向推定範囲が限定さ
れているので、高い精度で方向推定をすることができる
ようになる。なお、到来方向推定アルゴリズムは、どの
ようなものであってもかまわない。
In the second direction-of-arrival estimation, although the number of antenna elements is small, the direction-of-arrival estimation range is limited, so that the direction can be estimated with high accuracy. Note that the arrival direction estimation algorithm may be of any type.

【0041】以上説明したように、本実施形態において
は、受信機の数が少なくても、スイッチによって使用す
るアンテナを変更することによって、高精度な到来方向
推定ができるようになる。
As described above, in this embodiment, even if the number of receivers is small, the direction of arrival can be estimated with high accuracy by changing the antenna used by the switch.

【0042】以上の説明では、各素子はすべて同じ指向
性であったが、もちろん異なっていてもよい。また、素
子の配列も不規則間隔で配列されていてもよい。
In the above description, all the elements have the same directivity, but may of course be different. The elements may be arranged at irregular intervals.

【0043】また、アンテナ素子単体は無指向性である
が、隣接するアンテナ素子やその他の構造物の影響によ
りアンテナ素子が指向性を持つ場合にも有効である。
Although the antenna element itself is non-directional, it is also effective when the antenna element has directivity due to the influence of an adjacent antenna element or other structure.

【0044】また、以上の説明では、第2の到来方向推
定では、すべての受信機を使用していたが、第1の到来
方向推定の結果得られた到来方向の絶対利得が十分大き
い指向性アンテナの素子数が受信機の数よりも少ないと
きには、絶対利得が大きい指向性アンテナのみを使用す
るようにスイッチが制御してもよい。すなわち、受信電
力の小さい指向性アンテナからの受信信号はノイズや測
定誤差の影響を受けて誤差が大きいと考えられるので、
この誤差の大きい信号を使用しないことで、精度の良い
到来方向推定ができるようになる。
In the above description, all receivers are used in the second direction-of-arrival estimation, but the directivity in which the absolute gain in the direction of arrival obtained as a result of the first direction-of-arrival estimation is sufficiently large is used. When the number of antenna elements is smaller than the number of receivers, the switch may control to use only a directional antenna having a large absolute gain. That is, the received signal from the directional antenna having a small received power is considered to have a large error due to the influence of noise and measurement error.
By not using the signal having a large error, it is possible to perform accurate direction-of-arrival estimation.

【0045】(第2の具体例)第2の具体例の第1の具
体例と相違する点は、第2の到来方向推定についてであ
る。以下では、第1の具体例と相違する点を中心に説明
する。
(Second Concrete Example) The second concrete example differs from the first concrete example in the second direction of arrival estimation. In the following, a description will be given focusing on differences from the first specific example.

【0046】ここでは、第1の到来方向推定の結果得ら
れた到来波の数がk個(kは2以上)であった場合に
(第1〜第kの到来波の(推定)到来方向を第1〜第k
の到来方向とする)、第1の到来方向については、「第
1の到来方向に対する利得と、その他の第2〜第kの到
来方向に対する利得のうちの最大値との差」が大きい順
に、複数の指向性アンテナを選択(し、それらをスイッ
チによって受信機に接続)して、第2の到来方向推定を
行う。
Here, if the number of arriving waves obtained as a result of the first direction-of-arrival estimation is k (k is 2 or more) (the (estimated) direction of arrival of the first to k-th arriving waves) To the first to k-th
), The first direction of arrival is in descending order of “the difference between the gain for the first direction of arrival and the maximum value of the gains for the other second to k-th directions of arrival”. A plurality of directional antennas are selected (and connected to a receiver by a switch) to perform a second DOA estimation.

【0047】なお、第2以降の到来方向について第2の
到来方向推定を行う場合も同様である。すなわち、第2
の到来方向についても同様に、第2の到来方向に対する
利得と、その他の第1,3〜第kの到来方向に対する利
得のうちの最大値との差」が大きい順に、指向性アンテ
ナを選択する。第3〜第kの到来方向についても同様で
ある。
The same applies to the case where the second direction of arrival estimation is performed for the second and subsequent directions of arrival. That is, the second
Similarly, the directional antennas are selected in descending order of the difference between the gain in the second direction of arrival and the maximum value of the gains in the other first, third to kth directions of arrival. . The same applies to the third to k-th arrival directions.

【0048】このように第2の到来方向推定において使
用するアンテナを選択することによって、推定する波の
数を一つとすることができる。従来は推定する波の数が
増えるほど推定精度が劣化するものとなったが、本実施
形態によれば、推定する波を常に一つとして、高精度に
到来方向を推定できるようになる。
As described above, by selecting the antenna used in the second direction of arrival estimation, the number of waves to be estimated can be reduced to one. Conventionally, as the number of waves to be estimated increases, the estimation accuracy deteriorates. However, according to the present embodiment, the direction of arrival can be estimated with high accuracy by always using one wave to be estimated.

【0049】以下、詳細に説明する。ここでは図1〜図
3に示したような到来方向推定装置を考える。そして、
第1の到来方向推定の結果、2波の到来波の到来方向が
推定され、それらは112.5度と0度であったとする
(112.5度を第1の到来方向、0度を第2の到来方
向とする)。
The details will be described below. Here, a direction-of-arrival estimation device as shown in FIGS. 1 to 3 is considered. And
As a result of the first direction-of-arrival estimation, it is assumed that the directions of arrival of two arriving waves are 112.5 degrees and 0 degrees (112.5 degrees is the first direction of arrival, and 0 degrees is the first direction of arrival). 2).

【0050】このときに、第1の到来波の到来方向を高
精度に推定するために用いるアンテナの選択について説
明する。
At this time, selection of an antenna used for estimating the arrival direction of the first arriving wave with high accuracy will be described.

【0051】なお、ここでは、各素子の利得は、アンテ
ナの正面方向から角度が大きくなるに従って減少するも
のと仮定して説明する。この場合には、利得差を角度差
として扱うことができる。
Here, the description will be made on the assumption that the gain of each element decreases as the angle increases from the front of the antenna. In this case, the gain difference can be treated as an angle difference.

【0052】図4に、第1の到来方向と各アンテナの正
面方向との角度差α、および第2の到来方向と各アンテ
ナの正面方向との角度差β、さらにβ−αを示す。β−
αが大きいほど、第1の到来方向の利得と第2の到来方
向の利得との差が大きいこととなる。また、β−αが負
の場合には、第2の到来方向が第1の到来方向よりも利
得が高いこととなる。
FIG. 4 shows an angle difference α between the first arrival direction and the front direction of each antenna, an angle difference β between the second arrival direction and the front direction of each antenna, and β-α. β-
As α is larger, the difference between the gain in the first direction of arrival and the gain in the second direction of arrival is larger. When β-α is negative, the second arrival direction has a higher gain than the first arrival direction.

【0053】図4より、β−αの大きな順に、アンテナ
、、、が選択されることとなる。残りのアンテ
ナ、、、は、β−αが負であるので、第2の到
来方向の利得が高いので、選択されないこととなってい
る。
As shown in FIG. 4, the antennas are selected in the descending order of β-α. The remaining antennas are not selected because β-α is negative and the gain in the second direction of arrival is high.

【0054】ここで注意する点は、アンテナとで
は、第1の到来方向に対してはアンテナの方が利得が
高い。しかしながら、本実施形態によれば、アンテナ
を選択することによって、第2の到来波の影響を受けな
いようにして、高精度の到来方向推定ができるようにな
っている。
It should be noted here that the gain of the antenna is higher than that of the antenna in the first direction of arrival. However, according to the present embodiment, by selecting an antenna, the direction of arrival can be estimated with high accuracy without being affected by the second arriving wave.

【0055】なお、到来方向推定アルゴリズムはどのよ
うなものであってもかまわない。特に、複数の到来波の
間に相関がある場合に、推定精度が劣化してしまうアル
ゴリズム(例えば、MUSIC、ESPRITなど)に
対しては、特に効果があり、高精度の推定ができるよう
になっている。
Note that the arrival direction estimation algorithm may be of any type. In particular, it is particularly effective for an algorithm (for example, MUSIC, ESPRIT, etc.) in which estimation accuracy is degraded when there is a correlation between a plurality of arriving waves, and high-accuracy estimation can be performed. ing.

【0056】また、図4はk=2の例であるが、kが3
以上の場合には、第1の到来方向の利得と、第2〜第k
の到来方向のうちの利得の最大値との差を求める。な
お、上記のような仮定のもとに図4のように角度として
扱う場合には、各アンテナについて、第2の到来方向と
正面方向との角度差、…、第kの到来方向と正面方向と
の角度差のうちの、角度差の最小値をβとして、β−α
を求めればよい。
FIG. 4 shows an example in which k = 2.
In the above case, the gain in the first direction of arrival and the second to k-th
In the direction of arrival of the target is calculated. When the angle is treated as shown in FIG. 4 based on the above assumption, for each antenna, the angle difference between the second arrival direction and the front direction,..., The k-th arrival direction and the front direction And the minimum value of the angle difference is β, β-α
Should be obtained.

【0057】以上説明したように、本実施形態において
は、受信機の数が少なくても、スイッチによって使用す
るアンテナを変更し、一つの到来波の条件で角度推定を
行うので、高精度な到来方向推定ができるようになる。
As described above, in the present embodiment, even if the number of receivers is small, the antenna used by the switch is changed and the angle is estimated under the condition of one arriving wave. The direction can be estimated.

【0058】なお、説明の都合上、角度差と利得が比例
するとして説明したが、使用する指向性アンテナのビー
ム幅が素子によって異なるときには、角度差によって使
用するアンテナを選択することはできない。このときに
は、利得によって判断すればよい。
Although the description has been made on the assumption that the angle difference and the gain are proportional for the sake of explanation, when the beam width of the directional antenna used differs depending on the element, the antenna to be used cannot be selected depending on the angle difference. At this time, the determination may be made based on the gain.

【0059】また、受信機の数より少ない素子数を使用
するようにスイッチによって制御することで、到来波の
角度差が小さい場合などに、第2番目以降の到来波の影
響を減少させ、高精度に推定できるようになる。
Further, by controlling with a switch so as to use a smaller number of elements than the number of receivers, the influence of the second and subsequent arriving waves can be reduced when the angle difference between the arriving waves is small, etc. It can be estimated with high accuracy.

【0060】(第3の具体例)第3の具体例の第1,2
の具体例と相違する点は、第2の到来方向推定について
である。以下では、第1,2の具体例と相違する点を中
心に説明する。
(Third Specific Example) The first and second examples of the third specific example
The second embodiment differs from the second embodiment in the second direction of arrival estimation. The following description focuses on the differences from the first and second specific examples.

【0061】ここでは、第1の到来方向推定の結果得ら
れた到来波の数がk個(kは2以上)であった場合に
(第1〜第kの到来波の(推定)到来方向を第1〜第k
の到来方向とする)、第1の到来方向については、各ア
ンテナに対して、「第1の到来方向と指向性アンテナの
最大利得方向との差(α)」と、「第2〜第kの到来方
向と指向性アンテナの最大利得方向との差βi(i=
2、…、k)」とを算出し、それらから「βi−α」を
算出し、「βi−αの値のなかの最小値」が大きい順
に、複数の指向性アンテナを選択する。そして、それら
をスイッチによって受信機に接続して、第2の到来方向
推定を行う。
Here, if the number of arriving waves obtained as a result of the first arriving direction estimation is k (k is 2 or more) (the (estimated) arriving directions of the first to k-th arriving waves) To the first to k-th
) And the first direction of arrival, for each antenna, “the difference (α) between the first direction of arrival and the maximum gain direction of the directional antenna” and “the second to kth Βi (i = i) between the arrival direction of the directional antenna and the maximum gain direction of the directional antenna.
2,..., K) ”, and“ βi−α ”is calculated therefrom, and a plurality of directional antennas are selected in descending order of“ minimum value of βi−α ”. Then, they are connected to a receiver by a switch to perform a second direction-of-arrival estimation.

【0062】なお、第2以降の到来方向について第2の
到来方向推定を行う場合も同様である。すなわち、第2
の到来方向についても同様に、「βi−α(i=1、
3、…、k)の値のなかの最小値」が大きい順に、複数
の指向性アンテナを選択する。第3〜第kの到来方向に
ついても同様である。
The same applies to the case where the second direction of arrival is estimated for the second and subsequent directions of arrival. That is, the second
Similarly, for the arrival direction of “βi−α (i = 1,
, K), a plurality of directional antennas are selected in descending order of “minimum value among values of 3). The same applies to the third to k-th arrival directions.

【0063】以下、詳細に説明する。第2の具体例で
は、到来方向における利得を比較して、指向性アンテナ
を選択していたが、ここでは、角度差の概念を用いて使
用するアンテナを選択する。
The details will be described below. In the second specific example, the directional antenna is selected by comparing the gains in the directions of arrival. Here, the antenna to be used is selected using the concept of the angle difference.

【0064】ここでも第2の具体例と同様、図1〜図3
に示したような到来方向推定装置を考え、第1の到来方
向推定の結果、2波の到来波の到来方向が推定され、そ
れらは112.5度と0度であったとする(112.5
度を第1の到来方向、0度を第2の到来方向とする)。
この場合、第1の到来波の到来方向についてのアンテナ
選択では、結果において第2の具体例の図4と同じにな
る。
Here, as in the second specific example, FIGS.
Considering the direction-of-arrival estimating apparatus shown in (1), as a result of the first direction-of-arrival estimation, it is assumed that the directions of arrival of two arriving waves are 112.5 degrees and 0 degrees (112.5 degrees).
Degree is defined as a first direction of arrival, and 0 degree is defined as a second direction of arrival).
In this case, the result of the antenna selection for the arrival direction of the first arriving wave is the same as that of FIG. 4 of the second specific example.

【0065】すなわち、β−αの大きな順に、アンテナ
、、、が選択されることとなる。
That is, the antennas,..., Are selected in descending order of β-α.

【0066】なお、到来方向推定アルゴリズムはどのよ
うなものであってもかまわない。特に、複数の到来波の
間に相関がある場合に、推定精度が劣化してしまうアル
ゴリズム(例えば、MUSIC、ESPRITなど)に
対しては、特に効果があり、高精度の推定ができるよう
になっている。
The direction-of-arrival estimation algorithm may be any algorithm. In particular, it is particularly effective for an algorithm (for example, MUSIC, ESPRIT, etc.) in which estimation accuracy is degraded when there is a correlation between a plurality of arriving waves, and high-accuracy estimation can be performed. ing.

【0067】このような方法によれば、角度差のみを計
算するだけでよいので、簡単に使用するアンテナを選択
することができる。
According to such a method, it is only necessary to calculate only the angle difference, so that the antenna to be used can be easily selected.

【0068】以上説明したように、本実施形態によっ
て、受信機の数が少なくても、スイッチによって使用す
るアンテナを変更し、一つの到来波の条件で角度推定を
行うので、高精度な到来方向推定ができるようになる。
As described above, according to the present embodiment, even if the number of receivers is small, the antenna used by the switch is changed and the angle is estimated under the condition of one arriving wave. Be able to estimate.

【0069】以下では、アンテナについて説明する。Hereinafter, the antenna will be described.

【0070】図5に、本実施形態に係る指向性アンテナ
の一例を示す。
FIG. 5 shows an example of the directional antenna according to the present embodiment.

【0071】この例の場合、指向性アンテナは、2本の
スリーブモノポールアンテナ6を位相差給電することで
構成されている。
In this example, the directional antenna is configured by feeding two sleeve monopole antennas 6 with a phase difference.

【0072】スリーブモノポールアンテナは、無指向性
のアンテナであり、また、周波数帯域幅が広いので、レ
ーダなど、応用範囲の広いアンテナである。しかしなが
ら、本実施形態のように指向性アンテナとするために
は、2素子のスリーブモノポールアンテナをアンテナア
レイとして用いる必要がある。
The sleeve monopole antenna is an omnidirectional antenna and has a wide frequency bandwidth, and thus has a wide application range such as radar. However, in order to form a directional antenna as in this embodiment, it is necessary to use a two-element sleeve monopole antenna as an antenna array.

【0073】ここで、2素子のアンテナ間の距離、およ
び、給電位相差を変えることで、様々な形状の放射パタ
ーンを得ることができる。様々な形状とは、ビーム半値
角の大きさ、F/B比、サイドローブレベル、最大利得
などである。ここで、素子間距離と、給電位相差によっ
て容易に所望のパターンを実現することができる。特
に、F/B比や、サイドローブレベルは、到来方向推定
を行う上で重要なパラメータであり、容易に本実施形態
を用いることで所望の放射パターンが実現可能である。
Here, radiation patterns of various shapes can be obtained by changing the distance between the two element antennas and the feeding phase difference. The various shapes include the magnitude of the beam half-value angle, the F / B ratio, the side lobe level, and the maximum gain. Here, a desired pattern can be easily realized by the inter-element distance and the feeding phase difference. In particular, the F / B ratio and the side lobe level are important parameters in estimating the direction of arrival, and a desired radiation pattern can be easily realized by using this embodiment.

【0074】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、到来方向推定用指向性アンテナを2本のスリーブモ
ノポールアンテナの位相差給電で実現している。その結
果、様々な指向性を、2素子間の距離と、給電位相差に
よって容易に実現が可能になる。
As described above, according to this embodiment, the directional antenna for estimating the direction of arrival is realized by feeding the phase difference between the two sleeve monopole antennas. As a result, various directivities can be easily realized by the distance between the two elements and the power supply phase difference.

【0075】さて、本実施形態に係る指向性アンテナ
は、例えば、円形配列の中心方向に対して180度反対
方向に最大利得方向を有している。以下、このように配
置した場合の効果を詳細に示す。
The directional antenna according to the present embodiment has, for example, a maximum gain direction in a direction 180 degrees opposite to the center direction of the circular array. Hereinafter, the effect of such an arrangement will be described in detail.

【0076】円形配列のアンテナの指向性が、配列の円
の内側を向いているということは、他のアンテナに対し
て高い利得で放射していることとなる。すなわち、この
ように一方のアンテナが、もう一方のアンテナに対して
放射量が大きいということは、アンテナ間結合が大きい
こととなる。
The fact that the directivity of the circular array antenna is directed toward the inside of the circle of the array means that the antenna radiates with high gain to other antennas. That is, the fact that the radiation amount of one antenna is larger than that of the other antenna means that the coupling between the antennas is large.

【0077】このアンテナ間結合は、アンテナ性能を変
化させるばかりではなく、到来方向推定精度を大幅に劣
化させる。つまり、本実施形態のように、指向性アンテ
ナの最大利得方向を、円形配列の円の中心方向に対して
180度反対方向にすることで、アンテナ間結合を最も
減少させることができる。つまり、アンテナ各素子の性
能劣化を抑制し、さらに、到来方向推定精度の向上も同
時に行うことができる。
This coupling between antennas not only changes the antenna performance, but also significantly degrades the DOA estimation accuracy. That is, as in the present embodiment, by setting the maximum gain direction of the directional antenna to be 180 degrees opposite to the center direction of the circular array, the coupling between antennas can be reduced most. That is, it is possible to suppress the performance deterioration of each element of the antenna and to simultaneously improve the accuracy of estimation of the direction of arrival.

【0078】以上説明したように、本実施形態において
は、アンテナ間結合を減少させることができるので、高
精度に、到来方向推定ができる到来方向推定装置を提供
することができるようになる。
As described above, in this embodiment, since the coupling between antennas can be reduced, it is possible to provide an arrival direction estimating apparatus capable of estimating the direction of arrival with high accuracy.

【0079】なお、以上の構成のうち演算等の処理を行
う部分は、ソフトウェアとしても実現可能である。当該
部分は、本実施形態は、コンピュータに所定の手段を実
行させるための(あるいはコンピュータを所定の手段と
して機能させるための、あるいはコンピュータに所定の
機能を実現させるための)プログラムを記録したコンピ
ュータ読取り可能な記録媒体としても実施することもで
きる。
The part for performing the processing such as the arithmetic operation in the above configuration can also be realized as software. According to the present embodiment, a computer-readable recording of a program for causing a computer to execute predetermined means (or for causing a computer to function as predetermined means or for causing a computer to realize predetermined functions) It can also be implemented as a possible recording medium.

【0080】なお、各実施形態で例示した構成は一例で
あって、それ以外の構成を排除する趣旨のものではな
く、例示した構成の一部を他のもので置き換えたり、例
示した構成の一部を省いたり、例示した構成に別の機能
を付加したり、それらを組み合わせたりすることなどに
よって得られる別の構成も可能である。また、例示した
構成と論理的に等価な別の構成、例示した構成と論理的
に等価な部分を含む別の構成、例示した構成の要部と論
理的に等価な別の構成なども可能である。また、例示し
た構成と同一もしくは類似の目的を達成する別の構成、
例示した構成と同一もしくは類似の効果を奏する別の構
成なども可能である。また、各種構成部分についての各
種バリエーションは、適宜組み合わせて実施することが
可能である。また、各実施形態は、個別装置としての発
明、関連を持つ2以上の装置についての発明、システム
全体としての発明、個別装置内部の構成部分についての
発明、またはそれらに対応する方法の発明等、種々の観
点、段階、概念またはカテゴリに係る発明を包含・内在
するものである。従って、この発明の実施の形態に開示
した内容からは、例示した構成に限定されることなく発
明を抽出することができるものである。
The configuration illustrated in each embodiment is merely an example, and is not intended to exclude other configurations. Some of the illustrated configuration may be replaced with another one, or one of the illustrated configurations. Another configuration obtained by omitting a part, adding another function to the illustrated configuration, or combining them is also possible. In addition, another configuration that is logically equivalent to the illustrated configuration, another configuration including a portion that is logically equivalent to the illustrated configuration, another configuration that is logically equivalent to the main part of the illustrated configuration, and the like are also possible. is there. In addition, another configuration that achieves the same or similar purpose as the illustrated configuration,
Another configuration that has the same or similar effect as the illustrated configuration is also possible. In addition, various variations of various components can be implemented in appropriate combinations. In addition, each embodiment is an invention as an individual device, an invention about two or more related devices, an invention as a whole system, an invention about components inside the individual device, an invention of a method corresponding thereto, and the like. It encompasses and implies inventions relating to various aspects, stages, concepts or categories. Therefore, the present invention can be extracted from the contents disclosed in the embodiments of the present invention without being limited to the illustrated configuration.

【0081】本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、その技術的範囲において種々変形して
実施することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be implemented with various modifications within the technical scope.

【0082】[0082]

【発明の効果】本発明によれば、まず、受信機の数を上
限とする数の指向性アンテナ素子で電波の到来方向の粗
い推定を行い、次に、この粗い推定によって得られた到
来方向を対象として受信機の数を上限とする数の指向性
アンテナ素子で精密な到来方向の推定を行うので、装置
の低コスト化と、高精度な到来角度推定を実現すること
ができる。
According to the present invention, first, a rough estimation of the direction of arrival of a radio wave is performed with a number of directional antenna elements whose upper limit is the number of receivers, and then the arrival direction obtained by the rough estimation is obtained. , The precise direction of arrival is estimated by the number of directional antenna elements with the number of receivers as the upper limit, so that the cost of the apparatus can be reduced and the angle of arrival can be estimated with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る到来方向推定装置の
構成例を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an arrival direction estimation device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施形態に係る到来方向推定装置の動作手順
の一例を示すフローチャート
FIG. 2 is an exemplary flowchart illustrating an example of an operation procedure of the DOA estimation apparatus according to the embodiment.

【図3】同実施形態における8素子円形アレイと放射パ
ターンについて説明するための図
FIG. 3 is a view for explaining an eight-element circular array and a radiation pattern according to the embodiment;

【図4】第2の到来方向推定にて使用するアンテナの選
択について説明するための図
FIG. 4 is a diagram for describing selection of an antenna used in second direction-of-arrival estimation;

【図5】スリーブモノポールアンテナについて説明する
ための図
FIG. 5 is a diagram illustrating a sleeve monopole antenna.

【図6】従来の到来方向推定装置の構成例を示す図FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a conventional DOA estimation device.

【符号の説明】 1…指向性アンテナ 2…受信機 3…到来方向推定部 4…スイッチ 5…制御回路 6…スリーブモノポールアンテナ[Description of Signs] 1 directional antenna 2 receiver 3 arrival direction estimation unit 4 switch 5 control circuit 6 sleeve monopole antenna

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の指向性アンテナ素子と、 前記指向性アンテナ素子の数より少ない数の複数の受信
機と、 前記複数の指向性アンテナのうちから選択された、前記
受信機の数と同数またはそれより少ない数の複数の指向
性アンテナが、前記受信機に接続されるように切り替え
を行う切り替え手段と、 予め選択された複数の指向性アンテナ素子が、前記受信
機に接続されるように、前記切り替え手段に指示を出す
第1の選択手段と、 この第1の選択手段の指示で前記切り替え手段によって
前記複数の指向性アンテナが接続されたときの前記複数
の受信機の受信出力に基づいて、電波の到来方向を粗く
推定する第1の到来方向推定手段と、 前記第1の到来方向推定手段による推定の結果得られた
電波の到来方向に基づいて、精密な到来方向推定で使用
すべき複数の指向性アンテナ素子を選択し、該選択され
た複数の指向性アンテナ素子が、前記受信機に接続され
るように、前記切り替え手段に指示を出す第2の選択手
段と、 この第2の選択手段の指示で前記切り替え手段によって
前記複数の指向性アンテナが接続されたときの前記複数
の受信機の受信出力に基づいて、電波の到来方向を精密
に推定する第2の到来方向推定手段とを備えたことを特
徴とする到来方向推定装置。
A plurality of directional antenna elements; a plurality of receivers having a number smaller than the number of the directional antenna elements; and a number equal to the number of the receivers selected from the plurality of directional antennas. Or a switching means for switching so that a smaller number of directional antennas are connected to the receiver, and a plurality of pre-selected directional antenna elements are connected to the receiver. First selecting means for issuing an instruction to the switching means, and based on reception outputs of the plurality of receivers when the plurality of directional antennas are connected by the switching means according to the instruction of the first selecting means. First arrival direction estimating means for roughly estimating the arrival direction of the radio wave, and precise arrival direction estimating based on the arrival direction of the radio wave obtained as a result of the estimation by the first arrival direction estimating means. Selecting a plurality of directional antenna elements to be used in, the selected plurality of directional antenna elements, so as to be connected to the receiver, a second selection means for instructing the switching means, The second arrival which estimates the direction of arrival of the radio wave precisely based on the reception outputs of the plurality of receivers when the plurality of directional antennas are connected by the switching means according to the instruction of the second selection means. An arrival direction estimating device comprising: a direction estimating unit.
【請求項2】前記第1の到来方向推定手段は、前記第1
の選択手段の指示で前記切り替え手段によって前記複数
の受信機に接続された前記複数の指向性アンテナのう
ち、前記複数の受信機の受信出力を最も大きくする指向
性アンテナについての最大利得方向を、電波の到来方向
と推定することを特徴とする請求項1に記載の到来方向
推定装置。
2. The method according to claim 1, wherein said first direction-of-arrival estimating means includes a first arrival direction estimation means.
Among the plurality of directional antennas connected to the plurality of receivers by the switching unit at the instruction of the selection unit, the maximum gain direction for the directional antenna that maximizes the reception output of the plurality of receivers, The direction-of-arrival estimation device according to claim 1, wherein the direction-of-arrival is estimated.
【請求項3】前記第2の選択手段は、前記第1の到来方
向推定手段により推定された到来波の到来方向に対する
前記第2の到来方向推定手段による前記精密な到来方向
推定のために用いる指向性アンテナとして、各指向性ア
ンテナの最大利得方向または利得・方向特性に基づい
て、複数の指向性アンテナを選択することを特徴とする
請求項1に記載の到来方向推定装置。
3. The second selecting means is used for the precise direction-of-arrival estimation by the second direction-of-arrival estimating means for the direction of arrival of the arriving wave estimated by the first direction-of-arrival estimating means. The direction-of-arrival estimating apparatus according to claim 1, wherein a plurality of directional antennas are selected as the directional antennas based on a maximum gain direction or a gain / direction characteristic of each directional antenna.
【請求項4】前記第2の選択手段は、前記第1の到来方
向推定手段により第1から第kまでk個(kは2以上)
の到来波の到来方向が推定された場合に、第1の到来波
の到来方向に対する前記第2の到来方向推定手段による
前記精密な到来方向推定のために用いる指向性アンテナ
として、各指向性アンテナにおける第1の到来波の到来
方向に対する利得から、第2から第kの到来波の到来方
向に対する利得のうちの最大値を減じて得た差に基づい
て、複数の指向性アンテナを選択することを特徴とする
請求項1に記載の到来方向推定装置。
4. The method according to claim 1, wherein the second selecting means comprises k pieces (k is 2 or more) from first to k-th by the first direction-of-arrival estimating means.
When the direction of arrival of the arriving wave is estimated, each directional antenna is used as the directional antenna used for the precise direction of arrival estimation by the second direction of arrival estimating means for the direction of arrival of the first arriving wave. Selecting a plurality of directional antennas based on the difference obtained by subtracting the maximum value of the gain in the direction of arrival of the second to kth incoming waves from the gain in the direction of arrival of the first incoming wave in The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項5】前記第2の選択手段は、前記第1の到来方
向推定手段により第1から第kまでk個(kは2以上)
の到来波の到来方向が推定された場合に、第1の到来波
の到来方向に対する前記第2の到来方向推定手段による
前記精密な到来方向推定のために用いる指向性アンテナ
として、各指向性アンテナにおける第i(i=2、…、
k)の到来方向と当該指向性アンテナの最大利得方向と
の差βiから、第1の到来波の到来方向と当該指向性ア
ンテナの最大利得方向との差αを減じて得た値βi−α
のうちの最小値に基づいて、複数の指向性アンテナを選
択することを特徴とする請求項1に記載の到来方向推定
装置。
5. The apparatus according to claim 1, wherein the second selecting means comprises k pieces (k is 2 or more) from first to k-th by the first direction-of-arrival estimating means.
When the direction of arrival of the arriving wave is estimated, each directional antenna is used as the directional antenna used for the precise direction of arrival estimation by the second direction of arrival estimating means for the direction of arrival of the first arriving wave. I (i = 2, ...,
The value βi−α obtained by subtracting the difference α between the arrival direction of the first arriving wave and the maximum gain direction of the directional antenna from the difference βi between the arrival direction of k) and the maximum gain direction of the directional antenna.
The direction-of-arrival estimating apparatus according to claim 1, wherein a plurality of directional antennas are selected based on a minimum value among the directional antennas.
【請求項6】前記第2の到来方向推定手段は、MUSI
Cアルゴリズムによって到来方向推定を行うものである
ことを特徴とする請求項1に記載の到来方向推定装置。
6. The method according to claim 1, wherein said second direction-of-arrival estimating means is MUSI.
The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 1, wherein the direction-of-arrival estimation is performed by a C algorithm.
【請求項7】前記複数の指向性アンテナは、円形に配列
されたものであることを特徴とする請求項1に記載の到
来方向推定装置。
7. The apparatus according to claim 1, wherein the plurality of directional antennas are arranged in a circle.
【請求項8】前記指向性アンテナは、円形配列の中心方
向に対して180度反対方向に最大利得方向を有するも
のであることを特徴とする請求項7に記載の到来方向推
定装置。
8. The direction-of-arrival estimation apparatus according to claim 7, wherein the directional antenna has a maximum gain direction in a direction 180 degrees opposite to a center direction of the circular array.
【請求項9】前記指向性アンテナは、位相差給電された
2つのスリーブモノポールアンテナから構成されたもの
であることを特徴とする請求項1に記載の到来方向推定
装置。
9. The direction-of-arrival estimating apparatus according to claim 1, wherein said directional antenna comprises two sleeve monopole antennas fed with a phase difference.
【請求項10】複数の指向性アンテナ素子を接続可能な
複数の受信機に、該受信機の数より多い数の指向性アン
テナ素子のうちから選択された複数のものを接続し、 このときの前記複数の受信機の受信出力に基づいて、電
波の到来方向を粗く推定し、 この推定の結果得られた電波の到来方向に基づいて、前
記受信機の数より多い数の指向性アンテナ素子のうちか
ら、精密な到来方向推定で使用すべき複数の指向性アン
テナ素子を選択し、 前記複数の受信機に、これら選択された複数の指向性ア
ンテナ素子を接続し、 このときの前記複数の受信機の受信出力に基づいて、電
波の到来方向を精密に推定することを特徴とする到来方
向推定方法。
10. A method in which a plurality of directional antenna elements selected from a plurality of directional antenna elements greater than the number of receivers are connected to a plurality of receivers to which a plurality of directional antenna elements can be connected. Based on the reception outputs of the plurality of receivers, the direction of arrival of the radio wave is roughly estimated, and based on the direction of arrival of the radio wave obtained as a result of the estimation, the number of directional antenna elements greater than the number of the receivers is estimated. From among them, a plurality of directional antenna elements to be used in precise DOA estimation are selected, and the plurality of receivers are connected to the selected plurality of directional antenna elements. A method of estimating a direction of arrival, wherein the direction of arrival of a radio wave is accurately estimated based on the reception output of the device.
【請求項11】基地局を構成するコンピュータに電波の
到来方向を推定させるためのプログラムを記録したコン
ピュータ読取り可能な記録媒体であって、 複数の指向性アンテナ素子を接続可能な複数の受信機
に、該受信機の数より多い数の指向性アンテナ素子のう
ちから選択された複数のものを接続させ、 このときの前記複数の受信機の受信出力に基づいて、電
波の到来方向を粗く推定させ、 この推定の結果得られた電波の到来方向に基づいて、前
記受信機の数より多い数の指向性アンテナ素子のうちか
ら、精密な到来方向推定で使用すべき複数の指向性アン
テナ素子を選択させ、 前記複数の受信機に、これら選択された複数の指向性ア
ンテナ素子を接続させ、 このときの前記複数の受信機の受信出力に基づいて、電
波の到来方向を精密に推定させるためのプログラムを記
録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
11. A computer-readable recording medium storing a program for causing a computer constituting a base station to estimate a direction of arrival of a radio wave, comprising: a plurality of directional antenna elements connected to a plurality of receivers. Connecting a plurality of directional antenna elements selected from among a greater number of directional antenna elements than the number of the receivers, and roughly estimating a direction of arrival of a radio wave based on reception outputs of the plurality of receivers at this time. Based on the direction of arrival of the radio wave obtained as a result of this estimation, a plurality of directional antenna elements to be used in precise direction-of-arrival estimation are selected from among a greater number of directional antenna elements than the number of receivers. The plurality of directional antenna elements are connected to the plurality of receivers, and based on the reception outputs of the plurality of receivers at this time, the direction of arrival of the radio wave is precisely determined. Computer-readable recording medium storing a program for estimation.
【請求項12】基地局を構成するコンピュータに電波の
到来方向を推定させるためのプログラム製品であって、 複数の指向性アンテナ素子を接続可能な複数の受信機
に、該受信機の数より多い数の指向性アンテナ素子のう
ちから選択された複数のものを接続させ、 このときの前記複数の受信機の受信出力に基づいて、電
波の到来方向を粗く推定させ、 この推定の結果得られた電波の到来方向に基づいて、前
記受信機の数より多い数の指向性アンテナ素子のうちか
ら、精密な到来方向推定で使用すべき複数の指向性アン
テナ素子を選択させ、 前記複数の受信機に、これら選択された複数の指向性ア
ンテナ素子を接続させ、 このときの前記複数の受信機の受信出力に基づいて、電
波の到来方向を精密に推定させるためのプログラム製
品。
12. A program product for causing a computer constituting a base station to estimate a direction of arrival of a radio wave, wherein a plurality of receivers to which a plurality of directional antenna elements can be connected have more than the number of receivers. A plurality of directional antenna elements selected from among a plurality of directional antenna elements are connected, and the direction of arrival of radio waves is roughly estimated based on the reception outputs of the plurality of receivers at this time. Based on the direction of arrival of the radio wave, from the number of directional antenna elements greater than the number of the receivers, to select a plurality of directional antenna elements to be used in accurate arrival direction estimation, the plurality of receivers A program product for connecting the selected plurality of directional antenna elements, and for accurately estimating the direction of arrival of radio waves based on the reception outputs of the plurality of receivers at this time.
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