JP2003270316A - 測角装置、測角方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 他の干渉波も存在する場合、特に所望波より
受信電力レベルが大きい入射波による干渉下においても
所望波の入射角推定を正確に行うことができる測角装置
を提供する。 【解決手段】 複数の素子アンテナ１１〜１Ｍが受信し
た到来波の信号の一部又は全てを入力して、到来波に含
まれる測角対象の所望波以外の干渉波の到来方向にヌル
を形成させる荷重合成を施した信号を出力するビームフ
ォーマ４１〜４Ｎと、ビームフォーマ４１〜４Ｎの出力
信号を測角処理して所望波の入射角を推定するＭＵＳＩ
Ｃ処理部５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はアレイアンテナ
（又は受波器アレイ）の各素子アンテナが受信した受信
信号を用いて、アレイアンテナに入射する複数の電波
（又は音波など）の入射角度をそれぞれ推定する測角装
置、測角方法及びプログラムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信、レーダ又はソナー等では、
同一周波数帯に混信する複数の電波の到来方向につい
て、各電波を分離して高精度に測角することが必要であ
る。このような電波の到来方向を測角する方法として、
複数のアレイアンテナ又はアレイ状の受波装置の複数の
受信信号をスーパーレゾリューション法によって処理す
るものがある。このスーパーレゾリューション測角方法
には、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ
Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）方式と呼ばれるものが
ある。例えば、Ｓｃｈｍｉｄｔ，“Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｇｎ
ａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ”，
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．，ＡＰ−３４，３，ｐｐ．２７
６−２８０（１９８６）には、上記ＭＵＳＩＣ方式を用
いた測角装置が開示されている。

【０００３】図７は上述したＭＵＳＩＣ方式を用いた従
来の測角装置の構成を示すブロック図である。図におい
て、１１〜１Ｍ（Ｍは２以上の整数）はアレイアンテナ
を構成する素子アンテナである。２１〜２ＭはＡ／Ｄ変
換器で、各素子アンテナ１１〜１Ｍで受信した受信信号
をそれぞれデジタル受信信号χ_１〜χ_Ｍに変換する。３
はデジタル受信信号χ_１〜χ_Ｍを記憶するメモリ、１５
はＭＵＳＩＣ方式を用いた測角処理を行うＭＵＳＩＣ処
理部である。ここで、デジタル受信信号χ_ｍ（ｍは１か
らＭまでのいずれかの整数）は、第ｍの素子アンテナ１
ｍで受信した受信信号を検波した複素ベースバンドデジ
タル信号を示している。

【０００４】次に動作について説明する。先ず、素子ア
ンテナ１１〜１Ｍを有するアレイアンテナに対して、非
ガウス分布で互いに無相関なＫ波（Ｋは２以上の整数）
の入射波ｓ_１（ｉ），ｓ_２（ｉ），・・・，ｓ_Ｋ（ｉ）
がそれぞれθ_１，θ_２，・・・，θ_Ｋの角度から到来す
る場合を考える。ここで、ｉは時間を示すデジタル信号
のサンプル番号であり、１からＩまでのいずれかの整数
である。また、入射波の波源（送信源）は十分遠方にあ
り、各入射波の比帯域は十分に小さいものとする。この
とき、第ｍの素子アンテナ１ｍにおいて、複素ベースバ
ンド信号χ_ｍ（ｉ）を要素とする受信信号ベクトルは、
下記式（１）で表される。

【数１】

【０００５】また、数１に示す各ベクトルや行列は、下
記式（２）〜（５）で表される。

【数２】

【０００６】上記式（２）〜（５）において、ベクトル
ａ（θ）は、アレイアンテナの応答を示すステアリング
ベクトル（ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｖｅｃｔｏｒ）である。
また、行列Ａは、（Ｍ×Ｋ）のステアリング行列を示し
ている。ベクトルｓ（ｉ）は入射信号ベクトルである。
ｎ_ｍ（ｉ）は第ｍの受信信号に加わるガウス性ノイズで
あり、これらガウス性ノイズを並べたノイズベクトルが
ベクトルｎ（ｉ）である。ａ_ｍ（θ）は第ｍの素子アン
テナ１ｍの応答であって、第ｍの素子アンテナ１ｍの振
幅パターン、位相パターン、位置及び入射波の波長から
決定される。また、応答ａ_ｍ（θ）は、入射方向θの関
数であり、^＊Ｔは、ベクトルや行列の転置を表してい
る。

【０００７】ＭＵＳＩＣ処理部１５は、メモリ３に蓄積
されたデジタル受信信号χ_１（ｉ），χ_２（ｉ），・・
・，χ_Ｍ（ｉ）（ｉ＝１，・・・，Ｉ）を入力して、第
（ｍ，ｎ）の要素がそれぞれχ_ｍ（ｉ）とχ_ｎ（ｉ）の
相関値である（Ｍ×Ｍ）の受信信号の共分散行列Ｒを算
出する。受信信号の共分散行列Ｒは、上記式（１）を用
いて下記式（６）で表される。

【数３】

【０００８】ここで、σ^２はノイズ電力、行列Ｉは単位
行列、^＊Ｈはベクトル／行列の共役転置、＜^＊＞は平均
操作を意味している。また、Ｒ_ｓは入射信号の共分散行
列である。ＲのＭ個の固有値λ_１，λ_２，・・・，λ_Ｍ
は、降順に並べると下記式（７）のような関係が成立す
る。この関係から入射波の個数Ｋを推定することができ
る。

【数４】

【０００９】また、このとき、ノイズ成分のみの寄与に
よる固有値λ_Ｋ＋１，・・・，λ_Ｍに着目すると、これ
らの固有ベクトルｅ_Ｋ＋１，・・・，ｅ_Ｍに対して、下
記式（８）の関係が成り立つ。

【数５】

【００１０】従って、上記式（８）の関係を用いて、下
記式（９）に示す方位スペクトルＰ _ＭＵ（θ）のＫ個の
ピークを探せば、Ｋ個の入射波の到来角θ_１，・・・，
θ_Ｋを同時に推定することができる。ＭＵＳＩＣ処理部
１５は、推定入射角をθ_１（ハット），・・・，θ
_Ｋ（ハット）として出力する。

【数６】

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の測角装置は以上
のように構成されているので、受信電力レベルが大きい
入射波の干渉下において、測角対象の入射波の受信電力
レベルが小さいとその測角精度を確保することができな
いという課題があった。

【００１２】上記課題を具体的に説明する。同一周波数
帯における複数入射波の中で、測角対象の入射波（以
降、所望波と称する）の受信電力レベルが、他の入射波
のレベルに比べて小さい場合が少なくない。例えば、大
電力の放送波がある周波数帯において、当該周波数帯に
ある別の小電力電波の発射源の方向を捜索する場合があ
る。また、移動体通信基地局で近傍の移動端末からの強
い電波の干渉下において、遠方にあって小さな受信電力
レベルの移動端末の方向を測定する場合もある。

【００１３】ＭＵＳＩＣ法などのスーパーレゾリューシ
ョン法を用いた測角装置では、理論的に受信電力レベル
が大きい入射波の到来角と受信電力レベルが小さい入射
波の到来角とを分離して測角することができる。ところ
が、実際には、大電力レベルの入射波の測角誤差は比較
的に小さいものの、小電力レベルの入射波の測角誤差は
一般に大きく精度が悪い。

【００１４】元来、スーパーレゾリューション法を用い
た測角装置では、複数波を分離測角することが可能であ
る。しかしながら、一般に、所望波の他に干渉波が存在
すると、これらの電力レベルに差がない場合であっても
所望波が単独で存在する場合と比較して測角精度が劣化
してしまう。

【００１５】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、他の干渉波も存在する場合、特に
所望波より受信電力レベルが大きい入射波による干渉下
においても所望波の入射角推定を正確に行うことができ
る測角装置、測角方法及びプログラムを得ることを目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る測角装置
は、複数の素子アンテナが受信した到来波の信号の一部
又は全てを入力して、到来波に含まれる測角対象の所望
波以外の干渉波の到来方向にヌル又は低感度部を形成さ
せる荷重合成を施す荷重合成手段と、荷重合成手段によ
って荷重合成された信号を測角処理して所望波の入射角
を推定する測角処理手段とを備えるものである。

【００１７】この発明に係る測角装置は、荷重合成手段
が、パワーインバージョン（ＰＩＡＡ）法を用いた荷重
合成によって、所望波より受信電力レベルが大きい干渉
波の到来方向にヌル又は低感度部を形成させて、当該干
渉波の電力レベルを選択的に低減させた信号を出力する
ものである。

【００１８】この発明に係る測角装置は、測角処理手段
が、スーパーレゾリューション法を用いた測角処理によ
って到来波の入射角を推定するものである。

【００１９】この発明に係る測角装置は、測角処理手段
が、荷重合成手段が決定した荷重値で補正したステアリ
ングベクトルを用いた測角処理によって到来波の入射角
を推定するものである。

【００２０】この発明に係る測角装置は、荷重合成手段
を介さずに複数の素子アンテナが受信した到来波の信号
を直接入力して、到来波の入射角を推定する測角処理手
段を備えるものである。

【００２１】この発明に係る測角装置は、複数の素子ア
ンテナが受信した到来波の信号を入力して、到来波に含
まれる入射波の個数を推定する入射波数推定手段を備
え、荷重合成手段が、入射波数推定手段が推定した入射
波数に基づいて荷重合成すべき信号数を決定するもので
ある。

【００２２】この発明に係る測角装置は、荷重合成手段
が、到来波のうち測角対象の所望波より受信電力レベル
が大きい干渉波の個数に１を加算した数を、荷重合成す
べき信号数として設定するものである。

【００２３】この発明に係る測角装置は、荷重合成手段
が、方向拘束付出力電力最小化（ＤＣＭＰ）法を用いた
荷重合成によって、干渉波の到来方向にヌル又は低感度
部を形成させて、当該干渉波の電力レベルを選択的に低
減させた信号を出力するものである。

【００２４】この発明に係る測角装置は、荷重合成手段
が、最小二乗誤差（ＭＭＳＥ）法を用いた荷重合成によ
って、到来波に含まれる所望波とは無相関の干渉波の到
来方向にヌル又は低感度部を形成させて、当該干渉波の
電力レベルを選択的に低減させた信号を出力するもので
ある。

【００２５】この発明に係る測角装置は、測角処理手段
が、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法及び最尤推定測角法
のうちのいずれか１つを用いた測角処理によって到来波
の入射角を推定するものである。

【００２６】この発明に係る測角方法は、複数の素子ア
ンテナが受信した到来波の信号の一部又は全てを入力し
て、到来波に含まれる測角対象の所望波以外の干渉波の
到来方向にヌル又は低感度部を形成させる荷重合成を施
す荷重合成ステップと、荷重合成ステップにて荷重合成
された信号を測角処理して所望波の入射角を推定する測
角処理ステップとを備えるものである。

【００２７】この発明に係る測角方法は、荷重合成ステ
ップにて、パワーインバージョン（ＰＩＡＡ）法を用い
た荷重合成によって、所望波より受信電力レベルが大き
い干渉波の到来方向にヌルを形成させて、当該干渉波の
電力レベルを選択的に低減させた信号を出力するもので
ある。

【００２８】この発明に係る測角方法は、測角処理ステ
ップにて、スーパーレゾリューション法を用いた測角処
理によって到来波の入射角を推定するものである。

【００２９】この発明に係る測角方法は、測角処理ステ
ップにて、荷重合成ステップで決定した荷重値で補正し
たステアリングベクトルを用いた測角処理によって到来
波の入射角を推定するものである。

【００３０】この発明に係る測角方法は、荷重合成手段
を介さずに複数の素子アンテナが受信した到来波の信号
を直接入力して、到来波の入射角を推定する第２の測角
処理ステップを備えるものである。

【００３１】この発明に係る測角方法は、複数の素子ア
ンテナが受信した到来波の信号を入力して、到来波に含
まれる入射波の個数を推定する入射波数推定ステップを
備え、荷重合成ステップにて、入射波数推定ステップで
推定した入射波数に基づいて、荷重合成すべき信号数を
決定するものである。

【００３２】この発明に係る測角方法は、荷重合成ステ
ップにて、到来波のうち測角対象の所望波より受信電力
レベルが大きい干渉波の個数に１を加算した数を、荷重
合成すべき信号数として設定するものである。

【００３３】この発明に係る測角方法は、荷重合成ステ
ップにて、方向拘束付出力電力最小化（ＤＣＭＰ）法を
用いた荷重合成によって、干渉波の到来方向にヌル又は
低感度部を形成させて、当該干渉波の電力レベルを選択
的に低減させた信号を出力するものである。

【００３４】この発明に係る測角方法は、荷重合成ステ
ップにて、最小二乗誤差（ＭＭＳＥ）法を用いた荷重合
成によって、到来波に含まれる所望波とは無相関の干渉
波の到来方向にヌル又は低感度部を形成させて、当該干
渉波の電力レベルを選択的に低減させた信号を出力する
ものである。

【００３５】この発明に係る測角方法は、測角処理ステ
ップにて、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法及び最尤推定
測角法のうちのいずれか１つを用いた測角処理によって
到来波の入射角を推定するものである。

【００３６】この発明に係るプログラムは、複数の素子
アンテナが受信した到来波の信号の一部又は全てを入力
して、到来波に含まれる測角対象の所望波以外の干渉波
の到来方向にヌル又は低感度部を形成させる荷重合成を
施す荷重合成手段、荷重合成手段によって荷重合成され
た信号を測角処理して所望波の入射角を推定する測角処
理手段としてコンピュータを機能させるものである。

【００３７】この発明に係るプログラムは、荷重合成手
段が、パワーインバージョン（ＰＩＡＡ）法を用いた荷
重合成によって、所望波より受信電力レベルが大きい干
渉波の到来方向にヌル又は低感度部を形成させて、当該
干渉波の電力レベルを選択的に低減させた信号を出力す
るものである。

【００３８】この発明に係るプログラムは、測角処理手
段が、スーパーレゾリューション法を用いた測角処理に
よって到来波の入射角を推定するものである。

【００３９】この発明に係るプログラムは、荷重合成手
段が、方向拘束付出力電力最小化（ＤＣＭＰ）法を用い
た荷重合成によって、干渉波の到来方向にヌル又は低感
度部を形成させて、当該干渉波の電力レベルを選択的に
低減させた信号を出力するものである。

【００４０】この発明に係るプログラムは、荷重合成手
段は、最小二乗誤差（ＭＭＳＥ）法を用いた荷重合成に
よって、到来波に含まれる所望波とは無相関の干渉波の
到来方向にヌル又は低感度部を形成させて、当該干渉波
の電力レベルを選択的に低減させた信号を出力するもの
である。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による測
角装置の構成を示すブロック図である。図において、４
１〜４ＮはＰＩＡＡ（Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ
Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｒｒａｙ）ビームフォーマ（荷
重合成手段）であって、メモリ３が蓄積する受信信号χ
_１（ｉ），χ_２（ｉ），・・・，χ_Ｍ（ｉ）（ｉ＝１，
・・・，Ｉ）の一部の信号を入力して荷重合成した信号
ｙ_１（ｉ），ｙ_２（ｉ），・・・，ｙ_Ｎ（ｉ）と荷重ベ
クトルを送出する。５はＰＩＡＡビームフォーマ４１〜
４Ｎのそれぞれの出力信号ｙ_１（ｉ），ｙ_２（ｉ），・
・・，ｙ_Ｎ（ｉ）と荷重ベクトルｗ_１，ｗ_２，・・・，
ｗ_Ｎとを入力してＭＵＳＩＣ方式の測角処理を行うＭＵ
ＳＩＣ処理部（測角処理手段）である。また、ＰＩＡＡ
ビームフォーマ４１〜４Ｎ及びＭＵＳＩＣ処理部５は、
例えばこれらの機能を有するプログラムをコンピュータ
装置に実行させることによって実現することができる。
なお、図７と同一構成要素には同一符号を付して重複す
る説明を省略する。

【００４２】図２は図１中のＰＩＡＡビームフォーマの
内部構成を示すブロック図である。図において、６は受
信信号χ_１（ｉ），χ_２（ｉ），・・・，χ_Ｍ（ｉ）中
からＫ個の入力信号χ_ｎ１（ｉ），χ_ｎ２（ｉ），・・
・，χ_ｎＫ（ｉ）を選択する信号選択部である。ここ
で、ｎはＮ個のＰＩＡＡビームフォーマのうち１つを特
定するＰＩＡＡビームフォーマの番号であり、ｎは１か
らＮまでのいずれかの数である。また、Ｋは入射波の個
数である。７は荷重計算部であって、Ｋ個の受信信号χ
_ｎ１（ｉ），χ_ｎ２（ｉ），・・・，χ_ｎＫ（ｉ）を入
力して荷重値ｗ_{ｎ １}，ｗ_ｎ２，・・・，ｗ_ｎＫを決定し
荷重ベクトルとしてＭＵＳＩＣ処理部５に出力する。

【００４３】８１〜８Ｋは荷重処理部で、Ｋ個の受信信
号χ_ｎ１（ｉ），χ_ｎ２（ｉ），・・・，χ_ｎＫ（ｉ）
にそれぞれ荷重値ｗ_ｎ１，ｗ_ｎ２，・・・，ｗ_ｎＫの複
素共役値を乗じる。９は加算部であって、荷重処理部８
１〜８Ｋの出力信号を加算して信号ｙ_ｎ（ｉ）としてＭ
ＵＳＩＣ処理部５に出力する。なお、第ｎのＰＩＡＡビ
ームフォーマ４ｎからＭＵＳＩＣ処理部５に送られる荷
重ベクトルｗ_ｎは、下記式（１０）のような形式でまと
めて表すこととする。

【数７】

【００４４】次に動作について説明する。ここで、説明
の簡単のため、アレイアンテナに受信電力レベルが小さ
い所望波ｓ_１と受信電力が大きい干渉波ｓ_２の２波が入
射しているものと仮定する。即ち、入射波の個数は、Ｋ
＝２である。

【００４５】先ず、ＰＩＡＡビームフォーマ４１〜４Ｎ
の各信号選択部６は、入射波数Ｋ＝２より、メモリ３に
蓄積されたデジタル受信信号χ_１（ｉ），χ_２（ｉ），
・・・，χ_Ｍ（ｉ）の中から２個の入力信号χ
_ｎ１（ｉ），χ_ｎ２（ｉ）を選択する。例えば、ＰＩＡ
Ａビームフォーマ４１では［χ_１１＝χ_１，χ_１２＝χ
_２］となり、ＰＩＡＡビームフォーマ４２では［χ_２１
＝χ_２，χ_２２＝χ_３］となる。また、第ｎのＰＩＡＡ
ビームフォーマ４ｎでは、［χ_ｎ１＝χ_ｎ，χ_ｎ２＝χ
_ｎ＋１］と選択接続する。

【００４６】続いて、ＰＩＡＡビームフォーマ４１〜４
Ｎの各荷重計算部７は、菊間信良著，“アレイアンテナ
による適応信号処理”，科学技術出版、第６章に示され
るようなパワーインバージョン法に基づく荷重計算を行
う。具体的には、下記式（１１）に従って荷重ベクトル
ｗ_ｎ＝［ｗ_ｎ１，ｗ_ｎ２］^Ｔをそれぞれ決定する。

【数８】

【００４７】ここで、Ｒ_χｎは、上記式（１２），（１
３）に示すような入力信号χ_ｎ１（ｉ），χ_ｎ２（ｉ）
の共分散行列である。また、ｖは拘束ベクトルで、例え
ば上記式（１４）で表される。

【００４８】このあと、荷重処理部８１〜８Ｋは、χ
_ｎ１（ｉ），χ_ｎ２（ｉ）にそれぞれｗ_ｎ１（ｉ），ｗ
_ｎ２（ｉ）の複素共役値を乗じて加算部９に出力する。
加算部９では、入力信号を加算して信号ｙ_ｎ（ｉ）とし
て出力する。つまり、第ｎのＰＩＡＡビームフォーマ４
ｎの出力信号は、下記式（１５）のように与えられる。

【数９】

【００４９】次に、ＭＵＳＩＣ処理部５は、ＰＩＡＡビ
ームフォーマ４１〜４Ｎからの各出力信号ｙ_１（ｉ），
ｙ_２（ｉ），・・・，ｙ_Ｎ（ｉ）を元にして、行列の第
（ｍ，ｎ）の要素がｙ_ｍ（ｉ）とｙ_ｎ（ｉ）の相関値で
与えられる、（Ｎ×Ｎ）次元の受信信号の共分散行列Ｒ
_ｙを算出する。このＲ_ｙは、下記式（１６），（１７）
のように表される。

【数１０】

【００５０】ここで、第ｎのＰＩＡＡビームフォーマ４
ｎは、［χ_ｎ１＝χ_ｎ，χ_ｎ２＝χ _ｎ＋１］のように選
択接続することから、上記式（１７）を書き改めると、
下記式（１８）のようになる。

【数１１】

【００５１】上記式（１８）のベクトルｗ’_ｎは、第ｎ
の要素がｗ_ｎ１で、第（ｎ＋１）の要素がｗ_ｎ２で、他
の要素は０であるＭ次元ベクトルである。また、上記式
（１８），（１９）を用いると、ベクトルｙ（ｉ）は、
下記式（２０）のように表すことができる。

【数１２】

【００５２】ここで、行列Ｗは、第ｎの列が上記式（１
９）のｗ’_ｎで表される（Ｍ×Ｎ）行列であり、下記式
（２１）のように定義される。

【数１３】

【００５３】従って、上記式（２０），（２１）の関係
を用いれば、上記式（１６）の共分散行列Ｒ_ｙは、下記
式（２２）のように表すことができる。また、下記式
（２２）において、下記式（２３）のようにおくと、下
記式（２４）の関係を得ることができる。

【数１４】

【００５４】続いて、ＭＵＳＩＣ処理部５は、行列Ｇ
^−Ｈ／２Ｒ_ｙＧ^−１／２の固有分解処理を行う。行列Ｇ
^−Ｈ／２Ｒ_ｙＧ^−１／２のＮ個の固有値λ_１，λ_２，・
・・，λ_Ｎ（順番は降順）は、上記式（２４）の関係か
ら上記式（７）と同様にして下記式（２５）のような関
係が成り立つ。但し、この例では、Ｋ＝２であるから、
λ_１＞λ_２＞λ_３＝・・・＝λ_Ｎ＝σ^２となる。

【数１５】

【００５５】また、固有値λ_Ｋ＋１，・・・，λ_Ｎの固
有ベクトルｅ_Ｋ＋１，・・・，ｅ_Ｎに対して、上記式
（２４）と上記式（６）を比較すると明らかなように、
下記式（２６）のような関係が成り立つことが分かる。

【数１６】

【００５６】次に、ＭＵＳＩＣ処理部５は、下記式（２
７）に示すような方位スペクトルＰ _ＭＵ（θ）のＫ個の
ピークを探して、Ｋ個の入射波の到来角θ_１，・・・，
θ_Ｋを同時に推定する。

【数１７】

【００５７】このあと、ＭＵＳＩＣ処理部５は、推定入
射角をθ_１（ハット），・・・，θ _Ｋ（ハット）として
出力する。ここでは、Ｋ＝２であるからＰ_ＭＵ（θ）の
最大２個のピーク位置からθ_１（ハット），θ_２（ハッ
ト）が求められる。

【００５８】ここで、上述したＰＩＡＡビームフォーマ
４１〜４Ｎ及びＭＵＳＩＣ処理部５による処理を以下に
まとめる。先ず、ＰＩＡＡビームフォーマ４１〜４Ｎ
は、メモリ３に蓄積された受信信号χ_１（ｉ），χ
_２（ｉ），・・・，χ_Ｍ（ｉ）の中からＫ個の信号をそ
れぞれ選んで、上記式（１１）の関係に従って荷重ベク
トルｗ_ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）を算出する。次に、Ｐ
ＩＡＡビームフォーマ４ｎでは、荷重ベクトルｗ_ｎを用
いて、上記式（１５）よりｙ_ｎ（ｉ）（ｎ＝１，・・
・，Ｎ）が求められる。ここまでの動作が、荷重合成ス
テップに相当する。

【００５９】ＭＵＳＩＣ処理部５は、ＰＩＡＡビームフ
ォーマ４１〜４Ｎから出力信号ｙ_１（ｉ），ｙ
_２（ｉ），・・・，ｙ_Ｎ（ｉ）及び荷重ベクトルｗ_１，
ｗ_２，・・・，ｗ_Ｎを受けると、上記式（１６）に従っ
てｙ_１（ｉ），ｙ_２（ｉ），・・・，ｙ_Ｎ（ｉ）の共分
散行列Ｒ_ｙを算出する。さらに、ＭＵＳＩＣ処理部５
は、荷重ベクトルｗ_１，ｗ_２，・・・，ｗ_Ｎから上記式
（２１）のような行列Ｗを得て、上記式（２３）から行
列Ｇを算出し、行列Ｇ^−１／２を求める。

【００６０】続いて、ＭＵＳＩＣ処理部５は、行列Ｇ
^−Ｈ／２Ｒ_ｙＧ^−１／２を固有分解し、最小の固有値に
対応する固有ベクトルｅ_Ｋ＋１（ｉ），・・・，ｅ_Ｎを
求める。

【００６１】最後に、ＭＵＳＩＣ処理部５は、上記式
（２７）に示すような方位スペクトルＰ_ＭＵ（θ）を求
め、Ｐ_ＭＵ（θ）のＫ個のピークを推定入射角θ_１（ハ
ット），・・・，θ_Ｋ（ハット）として出力する。ここ
までの動作が、測角処理ステップに相当する。

【００６２】一般に、パワーインバージョンアダプティ
ブアレイ（ＰＩＡＡ）では、上記文献などに示されてい
るように、電力レベルが大きい入射波の到来方向にアレ
イアンテナパターンのヌル又は低感度部を形成する。つ
まり、電力レベルが大きい入射波の到来方向の感度（ビ
ームのゲイン）を低減させた低感度部か、その感度がほ
ぼ０となるヌルを形成する。また、ＰＩＡＡの出力信号
における入射波電力比は、入力信号における入射波電力
比のほぼ逆数になる性質を有する。即ち、ＰＩＡＡビー
ムフォーマ４ｎの出力信号ｙ_ｎ（ｉ）における所望波ｓ
_１（ｉ）対干渉波ｓ_２（ｉ）電力比は、入力信号である
受信信号χ_ｍ（ｉ）における所望波対干渉波の電力比の
おおよそ逆数に相当する値となる。

【００６３】従って、受信電力レベルが大きい干渉波と
受信電力レベルが小さい所望波とがアレイアンテナに入
射すると、ＰＩＡＡビームフォーマ４ｎの出力信号ｙ_ｎ
（ｉ）においては電力比が逆転し、所望波の電力レベル
は干渉波の電力レベルに比べて大きくなる。この関係を
利用して、本実施の形態のＭＵＳＩＣ処理部５では、Ｐ
ＩＡＡビームフォーマ４ｎの出力信号ｙ_ｎ（ｉ）を入力
して測角処理を行う。このようにすることで、所望波の
電力レベルが干渉波に比べて大きくなることから、その
測角誤差を小さくすることができる。

【００６４】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、ＰＩＡＡビームフォーマ４１〜４Ｎにより電力比が
逆転した信号をＭＵＳＩＣ方式で測角処理を行うので、
大電力の干渉波が存在する場合においても受信電力が小
さい所望波の測角精度を向上させることができる。

【００６５】なお、上記実施の形態１では、大電力の干
渉波が１波、小電力の所望波が１波の合計２波が入射す
る例を説明したが、大電力の干渉波が複数存在する場合
でもＰＩＡＡビームフォーマ４１〜４Ｎの入力信号数と
荷重数を入射波数Ｋに合わせれば、同様な効果を得るこ
とができる。例えば、大電力の干渉波が２波、小電力の
所望波が１波の合計３波が入射する場合、ＰＩＡＡビー
ムフォーマ４ｎでは、上記式（１０）に替えて［χ_ｎ１
＝χ_ｎ，χ_ｎ２＝χ_ｎ＋１，χ_ｎ３＝χ_ｎ＋２］などと
し、ｗ_ｎ＝［ｗ_ｎ１，ｗ_ｎ２，ｗ_ｎ３］を演算して出力
信号ｙ_ｎ（ｉ）を求めればよい。

【００６６】また、上記実施の形態１では、ＰＩＡＡビ
ームフォーマ４ｎの信号選択部６が行う入力信号選択
を、上記式（１０）に従って行う例を説明したが、上記
式（１０）に替えて例えば［χ_ｎ１＝χ_ｎ＋２，χ_ｎ２
＝χ_ｎ＋４］（Ｋ＝２の場合）のように不連続な選択を
しても構わない。但し、この例では、ＭＵＳＩＣ処理部
５が使用する行列Ｗは、上記式（２１）に替えて下記式
（２８）で与えられる。

【数１８】

【００６７】さらに、Ｎ個のＰＩＡＡビームフォーマ４
１〜４Ｎによる入力信号選択を、互いに重複しない限
り、［χ_１１＝χ_５，χ_１２＝χ_３］，［χ_２１＝
χ_４，χ_{２ ２}＝χ_２］，・・・のように不規則に与える
こともできる。

【００６８】また、上記実施の形態１の荷重計算部７で
は、拘束ベクトルｖを上記式（１４）のように置いた
が、別の拘束ベクトル、例えばｖ＝［０，１］^Ｔとおい
ても、同様のパワーインバージョン効果を得ることがで
きる。

【００６９】さらに、上記実施の形態１では、ＭＵＳＩ
Ｃ処理部５が、上記式（２４）の関係を鑑みて、行列Ｇ
^−Ｈ／２Ｒ_ｙＧ^−１／２の固有分解処理を行って入射角
を推定しているが、上記式（２２）の関係から直接Ｒ_ｙ
と行列Ｗ^ＨＷとの一般化固有値問題を解くことで入射角
を推定してもよい。

【００７０】さらに、素子アンテナ１１〜１Ｍの配列が
等間隔で、個々の放射パターンが均一であるリニアアレ
イを用い、ＰＩＡＡビームフォーマ４１〜４Ｎの各信号
選択部６が、［χ_ｎ１＝χ_ｎ，χ_ｎ２＝χ_ｎ＋１］（ｎ
＝１，・・・，Ｎ）のように、入力信号を均一に選択す
るようにしてもよい。このようにすると、ＰＩＡＡビー
ムフォーマ４１〜４Ｎの出力信号ｙ_１（ｉ），ｙ
_２（ｉ），・・・，ｙ_ｎ（ｉ）からみたビームパターン
を均一とすることができる。

【００７１】この場合、ＰＩＡＡビームフォーマ４１〜
４Ｎの間で荷重計算部７を共通化することができる。ま
た、ＰＩＡＡビームフォーマ４ｎからＭＵＳＩＣ処理部
５に荷重ベクトルｗ_ｎを送る必要もなく、ＭＵＳＩＣ処
理部５は、単にＲ_ｙを固有分解するだけで入射角を推定
することができる。

【００７２】実施の形態２．上記実施の形態１では小電
力の所望波ｓ_１（ｉ）のみの入射角を高精度に推定する
構成を説明したが、この実施の形態２は上記小電力の所
望波の他に同時に大電力の所望波ｓ_２（ｉ）の入射角も
精度よく推定する構成について説明する。

【００７３】図３はこの発明の実施の形態２による測角
装置の構成を示すブロック図である。図において、５ａ
は干渉波測角用のＭＵＳＩＣ処理部（測角処理手段）で
あって、従来の技術で説明したＭＵＳＩＣ処理部１５と
同様な処理を行う。また、実施の形態２による測角装置
では、小電力の所望波ｓ_１（ｉ）の入射角θ_１を高精度
に推定するＭＵＳＩＣ処理部５と、大電力の所望波ｓ_２
（ｉ）の入射角θ_２を推定するＭＵＳＩＣ処理部５ａと
を並列に設置する。また、ＭＵＳＩＣ処理部５ａも上記
実施の形態１と同様に、例えば当該処理部５ａの機能を
有するプログラムをコンピュータ装置に実行させること
によって実現することができる。なお、図１及び図７と
同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略
する。

【００７４】次に動作について説明する。ＭＵＳＩＣ処
理部５ａは、メモリ３が蓄積する受信信号χ_１（ｉ），
χ_２（ｉ），・・・，χ_Ｍ（ｉ）を直接入力して、大電
力の所望波の入射角を高精度に推定する。このとき、Ｍ
ＵＳＩＣ処理部５ａは、大電力の所望波とともに直接波
の入射角も推定している。このため、θ_１（ハット），
θ_２（ハット）の２つの推定入射角のうちから、大電力
の所望波の入射角を選択する必要がある。そこで、ＭＵ
ＳＩＣ処理部５ａでは、上記式（６）のＡにＡ（ハッ
ト）＝［ａ（θ_１（ハット）），ａ（θ_２（ハッ
ト））］を代入し、Ｒ_ｓの推定行列Ｒ_ｓ（ハット）を下
記式（２９）により求めて、これを基にして大電力の所
望波の入射角推定値を選択する。

【数１９】

【００７５】ここで、Ｒ_ｓの第ｋの対角成分は、推定角
θ_ｋ（ハット）の入射波電力の推定値であるから、Ｒ_ｓ
（ハット）の２個の対角成分のうち大きな成分に対応す
る推定入射角が、大電力の所望波の入射角として選択さ
れて出力される。ここまでの動作が、第２の測角処理ス
テップに相当する。

【００７６】また、上述した操作は、小電力の所望波の
入射角を推定するＭＵＳＩＣ処理部５によって、２つの
所望波の入射角が推定される場合においても同様であ
る。但し、この場合、Ｒ_ｓ（ハット）は、上記式（２
２）又は上記式（２４）にＡ（ハット）＝［ａ（θ
_１（ハット）），ａ（θ_２（ハット））］を代入して算
出される。

【００７７】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、小電力の所望波ｓ_１（ｉ）の入射角θ_１を高精度に
推定するＭＵＳＩＣ処理部５に加えて、大電力の所望波
ｓ_２（ｉ）の入射角θ_２を推定するＭＵＳＩＣ処理部５
ａを設けたので、小電力の所望波のみならず大電力の所
望波の入射角も推定することができることから、本装置
の適用分野に応じて測角対象とすべき入射波を選択する
ことができる。これにより、本装置の利便性を向上させ
ることができる。

【００７８】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３による測角装置の構成を示すブロック図である。図
において、１０は入射波数推定部（入射波数推定手段）
であって、メモリ３から受信信号χ_１（ｉ），χ
_２（ｉ），・・・，χ_Ｍ（ｉ）を入力して入射波数をＫ
（ハット）として推定し出力する。また、入射波数推定
部１０は、例えば当該推定部１０の機能を有するプログ
ラムをコンピュータ装置に実行させることによって実現
することができる。なお、図１及び図７と同一構成要素
には同一符号を付して重複する説明を省略する。

【００７９】次に動作について説明する。入射波数推定
部１０は、従来の技術で説明したＭＵＳＩＣ処理部１５
の前半部の処理と同様に、上記式（７）の固有値の分布
からアレイアンテナの素子アンテナ１１〜１Ｍにそれぞ
れ入射する入射波数をＫ（ハット）として推定する。こ
こで、ＰＩＡＡビームフォーマ４１〜４Ｎは、入射波数
推定部１０が出力する推定入射波数Ｋ（ハット）をそれ
ぞれ入力し、入力信号数や荷重数、即ちフィルタ段数を
Ｋ（ハット）に合わせて動作させる。他の構成要素によ
る動作は、上記実施の形態１の測角装置と同様である。

【００８０】一般に、パワーインバージョンアダプティ
ブアレイ（ＰＩＡＡ）は、上記文献などに示されている
ように、（フィルタ段数−１）の自由度を持つ。このた
め、（フィルタ段数−１）個の入射波の到来方向にアレ
イアンテナパターンのヌル又は低感度部を形成する。従
って、大電力の干渉波数＝（フィルタ段数−１）となる
ことが理想である。

【００８１】上記実施の形態１では、暗に大電力の干渉
波数が既知である場合を説明したが、大電力の干渉波数
が未知であると、所望波入射角の推定精度を十分に高め
ることができない恐れがある。例えば、大電力の干渉波
数＞（フィルタ段数−１）では、ＰＩＡＡビームフォー
マ４１〜４Ｎが抑圧しきれない大電力の干渉波が残り、
所望波の入射角の推定精度が十分に向上しない可能性が
ある。

【００８２】さらに、大電力の干渉波数＜（フィルタ段
数−１）の場合では、ＰＩＡＡの余った自由度のため
に、干渉波のみならず所望波の方向にもヌルや低感度部
が形成される。この結果、所望波も抑圧されてしまい所
望波入射角の推定誤差が逆に増大する恐れもある。

【００８３】そこで、この実施の形態３では、大電力の
干渉波数が未知である場合における、上述した不具合を
回避する。つまり、ＰＩＡＡビームフォーマ４１〜４Ｎ
は、それぞれフィルタ段数を入射波数推定部１０が出力
する推定入射波数Ｋ（ハット）に設定する。

【００８４】これにより、所望波が１波であれば、上述
した大電力の干渉波数＝（フィルタ段数−１）なる関係
が満足されるので、ｙ_ｎ（ｉ）に含まれる大電力の干渉
波成分のみが抑圧され、所望波成分は抑圧されない。こ
の結果、ＭＵＳＩＣ処理部５は、所望波対干渉波の電力
比が高い信号ｙ_ｎ（ｉ）を入力して測角処理を行うの
で、所望波の測角誤差を抑制することができる。

【００８５】なお、小電力の所望波が複数個存在する場
合、入射波数推定部１０を、従来のＭＵＳＩＣ処理部１
５と同様な構成にする。つまり、入射波数推定部１０
は、推定入射角θ_１（ハット），・・・，θ_Ｋ（ハッ
ト）のそれぞれに対応する受信電力を上記式（２９）の
Ｒ_ｓ（ハット）などから推定する。そして、これら受信
電力の分布からＰＩＡＡビームフォーマ４１〜４Ｎのフ
ィルタ段数Ｋ（ハット）をより小さい値に設定する。

【００８６】例えば、所望波と干渉波を合わせた全ての
入射波数が４波で、その中で２波が電力レベルが大きい
干渉波である場合を考える。このとき、入射波数推定部
１０は、受信電力の分布から電力レベルが大きい干渉波
数が２であると判断し、Ｋ（ハット）＝２＋１＝３とし
て出力する。これにより、ＰＩＡＡビームフォーマ４１
〜４Ｎは、フィルタ段数を３と設定して電力レベルが大
きい２波の干渉波方向にヌル又は低感度部を形成し抑圧
する。

【００８７】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、素子アンテナ１１〜１Ｍに入射する入射波数をＫ
（ハット）として推定する入射波数推定部を備え、入射
波数推定部１０が出力する入射波数の推定値に基づい
て、ＰＩＡＡビームフォーマ４１〜４Ｎが受信信号の本
数（又は荷重数）を決定するので、大電力の干渉波数が
未知である場合における特有の不具合を解消することが
できる。

【００８８】実施の形態４．図５はこの発明の実施の形
態４による測角装置の構成を示すブロック図である。図
において、１１−１〜１１−ＮはＤＣＭＰ（Ｄｉｒｅｃ
ｔｉｏｎａｌｌｙＣｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｍｉｎｉｍ
ｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ）ビームフォーマ
（荷重合成手段）であって、図２に示すＰＩＡＡビーム
フォーマ４１〜４Ｎと同様な構成を有するが、荷重計算
部７の動作が異なる。つまり、ＤＣＭＰビームフォーマ
１１−１〜１１−Ｎの各荷重計算部７は、入射波数Ｋで
はなく、拘束方向決定部１２の出力θ_ｄを入力して荷重
ベクトルを演算する。１２は拘束方向決定部（拘束方向
決定手段）で、ＭＵＳＩＣ処理部５が算出した入射角の
推定値を入力して所望波の入射角の概略値を選定し拘束
方向θ_ｄとして出力する。なお、図１及び図７と同一構
成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

【００８９】次に動作について説明する。ここで、所望
波がｓ_１（ｉ）でその入射角がθ_１であり、θ_２，・・
・，θ_Ｋが干渉波の入射角であるものとする。また、干
渉波の入射角θ_２，・・・，θ_Ｋの概略値が既知である
ものと仮定する。

【００９０】先ず、ＤＣＭＰビームフォーマ１１−１〜
１１−Ｎは、各荷重ベクトルｗ_ｎを適当な定数ベクトル
に固定する。例えば、第ｎのＤＣＭＰビームフォーマ１
１−ｎは、その荷重ベクトルｗ_ｎとして、第ｎの要素の
みが１であり他の要素が０であるベクトル（ｗ_ｎ＝
［０，・・・，０，１，０，・・・，０］）を設定す
る。この状態で、ＭＵＳＩＣ処理部５を動作させ、入射
角推定値θ_１（ハット），・・・，θ_Ｋ（ハット）を一
旦算出させる。

【００９１】次に、拘束方向決定部１２は、ＭＵＳＩＣ
処理部５が推定したθ_１（ハット），・・・，θ_Ｋ（ハ
ット）を入力し、干渉波の入射角θ_２（ハット），・・
・，θ_Ｋ（ハット）の概略値と比較する。これによっ
て、所望波の入射角の概略値θ _１（ハット）を選定し
て、拘束方向θ_ｄとして出力する。

【００９２】続いて、ＤＣＭＰビームフォーマ１１−１
〜１１−Ｎ内の各荷重計算部７は、例えば菊間信良著，
“アレイアンテナによる適応信号処理”，科学技術出
版、第５章に示されている「方向拘束付出力電力最小化
法（ＤＣＭＰ法）」に基づいて荷重計算を行い、下記式
（３０），（３１）に従って荷重ベクトルｗ_ｎをそれぞ
れ算出する。但し、ベクトルａ（θ_ｄ）は、拘束方向θ
_ｄのステアリングベクトルである。

【数２０】

【００９３】ここで、ＤＣＭＰビームフォーマ１１−ｎ
の荷重処理部８１〜８Ｎ及び加算部９は、上記式（３
０）による荷重ベクトルｗ_ｎを用いて、上記式（１５）
により出力信号ｙ_ｎ（ｉ）を算出する。ここまでの動作
が、荷重合成ステップに相当する。

【００９４】このあと、ＭＵＳＩＣ処理部５は、ＤＣＭ
Ｐビームフォーマ１１−ｎが出力するｙ_ｎ（ｉ）と荷重
ベクトルｗ_ｎを入力して、上記実施の形態１と同様の処
理によりθ_１（ハット），・・・，θ_Ｋ（ハット）を再
度推定する。特に、θ_１（ハット），・・・，θ_Ｋ（ハ
ット）の中で、干渉波の入射角θ_２，・・・，θ_Ｋの概
略値と大きく異なる角度を、所望波の入射角θ_１（ハッ
ト）として出力する。ここまでの動作が、測角処理ステ
ップに相当する。

【００９５】一般に、ＤＣＭＰアダプティブアレイは、
上記文献などに示されているように、拘束方向（θ_ｄ＝
θ_１（ハット））以外の方向から入射する到来波の方向
にアレイアンテナパターンのヌル又は低感度部を形成す
る。つまり、拘束方向（θ_ｄ＝θ_１（ハット））以外の
方向から入射する入射波の到来方向の感度（ビームのゲ
イン）を低減させた低感度部か、その感度がほぼ０とな
るヌルを形成する。従って、ＤＣＭＰビームフォーマ１
１−１〜１１−Ｎの出力信号ｙ_ｎ（ｉ）における干渉波
成分は抑圧され、所望波の電力レベルは干渉波に比べて
大きくなる。この関係を利用して、本実施の形態のＭＵ
ＳＩＣ処理部５は、ＤＣＭＰビームフォーマ１１−１〜
１１−Ｎの出力信号ｙ_ｎ（ｉ）を入力して測角処理を行
う。このようにすることで、所望波の電力レベルが干渉
波に比べて大きくなることから、その測角誤差を小さく
することができる。

【００９６】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、ＤＣＭＰビームフォーマ１１−１〜１１−Ｎにより
干渉波の電力レベルを選択的に低減させた信号を、ＭＵ
ＳＩＣ測角処理するので、干渉波が存在する場合におい
ても所望波の測角精度を向上させることができる。

【００９７】なお、上記実施の形態４による構成では、
ＤＣＭＰビームフォーマ１１−１〜１１−Ｎのフィルタ
段数をＫとする例を示したが、必ずしも入射波数に合わ
せる必要はない。

【００９８】また、上記実施の形態４では、干渉波の入
射角θ_２，・・・，θ_Ｋの概略値が既知であり、拘束方
向決定部１２がＭＵＳＩＣ処理部５の出力θ_１（ハッ
ト），・・・，θ_Ｋ（ハット）と干渉波の入射角θ_２，
・・・，θ_Ｋの概略値とを比較して所望波の入射角概略
値θ_１（ハット）を選定し拘束方向θ_ｄとして出力する
例を示したが、所望波の入射角概略値θ_１（ハット）が
既知であれば、このまま拘束方向θ_ｄを定めるようにし
てもよい。

【００９９】さらに、上記実施の形態４では、所望波が
１波である例を説明したが、複数の所望波が存在する際
には、複数の拘束方向を設定してＤＣＭＰビームフォー
マ１１−１〜１１−Ｎの荷重ベクトルを決定すれば同様
の効果を得ることができる。また、所望波が１波である
場合であっても、所望波の入射角概略値θ_１（ハット）
の誤差を加味し、θ_１（ハット）の近傍に複数の拘束方
向を設定するようにしてもよい。

【０１００】実施の形態５．図６はこの発明の実施の形
態５による測角装置の構成を示すブロック図である。図
において、１３−１〜１３−ＮはＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍ
ｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）ビームフ
ォーマ（荷重合成手段）であって、図２に示すＰＩＡＡ
ビームフォーマ４１〜４Ｎと同様な構成を有するが、荷
重計算部７の動作が異なる。つまり、ＭＭＳＥビームフ
ォーマ１３−１〜１３−Ｎの各荷重計算部７は、入射波
数Ｋではなく、所望信号記憶部１４の出力ｚ_ｄを入力し
て荷重ベクトルを演算する。１４は所望信号記憶部（所
望信号記憶手段）で、所望波の既知の信号波形を記憶し
所望信号ｚ_ｄとして出力する。なお、図１及び図７と同
一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略す
る。

【０１０１】この実施の形態４の構成は、所望波の信号
波形の一部又は全部が既知である場合に適用される。こ
のような状況は、例えば移動体通信に見られる。例え
ば、移動体通信の通信波に前置付加されるユニークワー
ドと呼ばれる既知の信号を所望信号として利用すること
ができる。ここでは、所望波の既知の信号波形をｚ
_ｄ（ｉ）とし、これを所望信号記憶部１４が記憶する。

【０１０２】次に動作について説明する。ここで、所望
波がｓ_１（ｉ）でその入射角をθ_１とし、干渉波がｓ_２
（ｉ）でその入射角をθ_２，・・・，θ_Ｋと仮定する。
先ず、ＭＭＳＥビームフォーマ１３−１〜１３−Ｎの各
荷重決定部７は、菊間信良著，“アレイアンテナによる
適応信号処理”，科学技術出版、第３章に示されている
「最小二乗誤差法（ＭＭＳＥ法）」に基づいて荷重計算
を行い、下記式（３２），（３３）に従って荷重ベクト
ルｗ_ｎをそれぞれ算出する。

【数２１】

【０１０３】但し、ベクトルｄ_ｎは、所望信号記憶部１
４が出力する所望信号ｚ_ｄ（ｉ）と受信信号χ_ｎ１，・
・・，χ_ｎＫの相関ベクトルである。

【０１０４】ここで、第ｎのＭＭＳＥビームフォーマ１
３−ｎの荷重処理部８１〜８Ｎ及び加算部９は、上記荷
重ベクトルｗ_ｎを用いて、上記式（１５）に従って出力
信号ｙ_ｎ（ｉ）を算出する。ここまでの動作が、荷重合
成ステップに相当する。

【０１０５】このあと、ＭＵＳＩＣ処理部５は、ＭＭＳ
Ｅビームフォーマ１３−ｎが出力するｙ_ｎ（ｉ）と荷重
ベクトルｗ_ｎを入力して、上記実施の形態１と同様の処
理によってθ_１（ハット），・・・，θ_Ｋ（ハット）を
推定する。ここまでの動作が、測角処理ステップに相当
する。

【０１０６】一般に、ＭＭＳＥアダプティブアレイは、
上記文献などに示されているように、所望信号ｚ
_ｄ（ｉ）と無相関の入射波の到来方向にアレイアンテナ
パターンのヌル又は低感度部を形成する。つまり、所望
信号ｚ_ｄ（ｉ）と無相関の入射波の到来方向の感度（ビ
ームのゲイン）を低減させた低感度部か、その感度がほ
ぼ０となるヌルを形成する。これにより、ＭＭＳＥビー
ムフォーマ１３−ｎの出力信号ｙ_ｎ（ｉ）における干渉
波成分は抑圧される。また、ＭＵＳＩＣ処理部５は、信
号ｙ_ｎ（ｉ）を入力して測角処理を行う。このようにす
ることで、所望波の電力レベルが干渉波に比べて大きく
なることから、その測角誤差を小さくすることができ
る。

【０１０７】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、ＭＭＳＥビームフォーマ１３−１〜１３−Ｎにより
干渉波の電力レベルを選択的に低減させた信号を、ＭＵ
ＳＩＣ測角処理するので、干渉波が存在する場合におい
ても所望波の測角精度を向上させることができる。

【０１０８】なお、上記実施の形態１〜５では、ＭＵＳ
ＩＣ法により測角処理を行う構成を示したが、他のスー
パーレゾリューション法による測角処理を用いても、電
力比が逆転した信号を測角処理することから同様な効果
を奏することができる。また、他のスーパーレゾリュー
ション法としては、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏ
ｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉ
ａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔ
ｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）法や最尤推定測角法がなどが挙げ
られる。

【０１０９】また、ビームフォーマ出力ｙ_ｎ（ｉ）にお
いて、干渉波成分が十分抑圧される場合には、スーパー
レゾリューション法による測角処理の代わりにインター
フェロメータ法（位相差測角法）などのような単純な測
角方法を採用して演算付加を低減するようにしてもよ
い。但し、上述したように、スーパーレゾリューション
法による測角処理を用いる場合、干渉波の到来方向の感
度（ビームのゲイン）がある程度小さくなれば、干渉波
の到来方向に完全なヌルが形成されなくとも十分な効果
を奏することに留意すべきである。

【０１１０】さらに、上記実施の形態１〜５では、説明
の簡単のために入射角θのみの推定について説明した
が、仰角と水平角のような入射角パラメータが２次元で
ある場合にも同様な効果を奏することができる。

【０１１１】さらに、上記実施の形態１〜５のビームフ
ォーマやＭＵＳＩＣ処理部の一部又は全てを計算機のプ
ログラムで実現することもできる。

【０１１２】さらに、上記実施の形態１〜５では、電波
の入射角推定について説明したが、音波などでも同様な
効果を奏することができる。

【０１１３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、複数
の素子アンテナが受信した到来波の信号の一部又は全て
を入力して、到来波に含まれる測角対象の所望波以外の
干渉波の到来方向にヌル又は低感度部を形成させる荷重
合成を施し、この信号を測角処理して所望波の入射角を
推定するので、他の干渉波も存在する場合であっても所
望波の測角精度を向上させることができるという効果が
ある。

【０１１４】この発明によれば、パワーインバージョン
（ＰＩＡＡ）法を用いた荷重合成によって、所望波より
受信電力レベルが大きい干渉波の到来方向にヌル又は低
感度部を形成させて、当該干渉波の電力レベルを選択的
に低減させた信号を出力するので、大電力レベルの入射
波の干渉下で所望波の受信電力レベルが小さい場合であ
っても所望波の測角精度を向上させることができるとい
う効果がある。

【０１１５】この発明によれば、スーパーレゾリューシ
ョン法を用いた測角処理によって到来波の入射角を推定
するので、到来波を高精度に測角することができるとい
う効果がある。

【０１１６】この発明によれば、荷重合成手段が決定し
た荷重値で補正したステアリングベクトルを用いた測角
処理によって到来波の入射角を推定するので、到来波を
高精度に測角することができるという効果がある。

【０１１７】この発明によれば、複数の素子アンテナが
受信した到来波の信号を直接入力して、到来波の入射角
を推定するので、本発明の適用分野に応じて測角対象と
すべき入射波を選択することができ、利便性を向上させ
ることができるという効果がある。

【０１１８】この発明によれば、複数の素子アンテナが
受信した到来波の信号を入力して、到来波に含まれる入
射波の個数を推定し、この入射波数に基づいて荷重合成
すべき信号数を決定するので、干渉波数が未知であるこ
とによる干渉波成分の不完全な除去や所望波が抑圧され
ることを防止することができるという効果がある。

【０１１９】この発明によれば、到来波のうち測角対象
の所望波より受信電力レベルが大きい干渉波の個数に１
を加算した数を、荷重合成すべき信号数として設定する
ので、干渉波成分を適切に除去することができるという
効果がある。

【０１２０】この発明によれば、方向拘束付出力電力最
小化（ＤＣＭＰ）法を用いた荷重合成によって、干渉波
の到来方向にヌル又は低感度部を形成させて、当該干渉
波の電力レベルを選択的に低減させた信号を出力するの
で、他の干渉波も存在する場合であっても所望波の測角
精度を向上させることができるという効果がある。

【０１２１】この発明によれば、最小二乗誤差（ＭＭＳ
Ｅ）法を用いた荷重合成によって、到来波に含まれる所
望波とは無相関の干渉波の到来方向にヌル又は低感度部
を形成させて、当該干渉波の電力レベルを選択的に低減
させた信号を出力するので、他の干渉波も存在する場合
であっても所望波の測角精度を向上させることができる
という効果がある。

【０１２２】この発明によれば、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰ
ＲＩＴ法及び最尤推定測角法のいずれか１つを用いた測
角処理によって到来波の入射角を推定するので、所望波
を高精度に測角することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による測角装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】 図１中のＰＩＡＡビームフォーマの内部構成
を示すブロック図である。

【図３】 この発明の実施の形態２による測角装置の構
成を示すブロック図である。

【図４】 この発明の実施の形態３による測角装置の構
成を示すブロック図である。

【図５】 この発明の実施の形態４による測角装置の構
成を示すブロック図である。

【図６】 この発明の実施の形態５による測角装置の構
成を示すブロック図である。

【図７】 従来の測角装置の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１１〜１Ｍ 素子アンテナ、２１〜２Ｍ Ａ／Ｄ変換
器、３ メモリ、４１〜４Ｎ ＰＩＡＡビームフォーマ
（荷重合成手段）、５，５ａ ＭＵＳＩＣ処理部（測角
処理手段）、６ 信号選択部、７ 荷重計算部、８１〜
８Ｋ 荷重処理部、９ 加算部、１０ 入射波数推定部
（入射波数推定手段）、１１−１〜１１−Ｎ ＤＣＭＰ
ビームフォーマ（荷重合成手段）、１２ 拘束方向決定
部（拘束方向決定手段）、１３−１〜１３−Ｎ ＭＭＳ
Ｅビームフォーマ（荷重合成手段）、１４ 所望信号記
憶部（所望信号記憶手段）。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 CA06 DB02 DB03 EA04 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA26 FA29 FA30 FA32 GA02 HA04 HA05 JA10 5J070 AA02 AC11 AD10 AG05 AH31 AJ13 AK08 AK15 AK22

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の素子アンテナが受信した到来波の
   信号の一部又は全てを入力して、上記到来波に含まれる
   測角対象の所望波以外の干渉波の到来方向にヌル又は低
   感度部を形成させる荷重合成を施す荷重合成手段と、 上記荷重合成手段によって荷重合成された信号を測角処
   理して上記所望波の入射角を推定する測角処理手段とを
   備えた測角装置。
2. 【請求項２】 荷重合成手段は、パワーインバージョン
   （ＰＩＡＡ）法を用いた荷重合成によって、所望波より
   受信電力レベルが大きい干渉波の到来方向にヌル又は低
   感度部を形成させて、当該干渉波の電力レベルを選択的
   に低減させた信号を出力することを特徴とする請求項１
   記載の測角装置。
3. 【請求項３】 測角処理手段は、スーパーレゾリューシ
   ョン法を用いた測角処理によって到来波の入射角を推定
   することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の測角
   装置。
4. 【請求項４】 測角処理手段は、荷重合成手段が決定し
   た荷重値で補正したステアリングベクトルを用いた測角
   処理によって到来波の入射角を推定することを特徴とす
   る請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の測
   角装置。
5. 【請求項５】 荷重合成手段を介さずに複数の素子アン
   テナが受信した到来波の信号を直接入力して、上記到来
   波の入射角を推定する測角処理手段を備えたことを特徴
   とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載
   の測角装置。
6. 【請求項６】 複数の素子アンテナが受信した到来波の
   信号を入力して、上記到来波に含まれる入射波の個数を
   推定する入射波数推定手段を備え、 荷重合成手段は、上記入射波数推定手段が推定した入射
   波数に基づいて荷重合成すべき信号数を決定することを
   特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項
   記載の測角装置。
7. 【請求項７】 荷重合成手段は、到来波のうち測角対象
   の所望波より受信電力レベルが大きい干渉波の個数に１
   を加算した数を、荷重合成すべき信号数として設定する
   ことを特徴とする請求項６記載の測角装置。
8. 【請求項８】 荷重合成手段は、方向拘束付出力電力最
   小化（ＤＣＭＰ）法を用いた荷重合成によって、干渉波
   の到来方向にヌル又は低感度部を形成させて、当該干渉
   波の電力レベルを選択的に低減させた信号を出力するこ
   とを特徴とする請求項１記載の測角装置。
9. 【請求項９】 荷重合成手段は、最小二乗誤差（ＭＭＳ
   Ｅ）法を用いた荷重合成によって、到来波に含まれる所
   望波とは無相関の干渉波の到来方向にヌル又は低感度部
   を形成させて、当該干渉波の電力レベルを選択的に低減
   させた信号を出力することを特徴とする請求項１記載の
   測角装置。
10. 【請求項１０】 測角処理手段は、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳ
    ＰＲＩＴ法及び最尤推定測角法のうちのいずれか１つを
    用いた測角処理によって到来波の入射角を推定すること
    を特徴とする請求項３又は請求項４記載の測角装置。
11. 【請求項１１】 複数の素子アンテナが受信した到来波
    の信号の一部又は全てを入力して、上記到来波に含まれ
    る測角対象の所望波以外の干渉波の到来方向にヌル又は
    低感度部を形成させる荷重合成を施す荷重合成ステップ
    と、 上記荷重合成ステップにて荷重合成された信号を測角処
    理して上記所望波の入射角を推定する測角処理ステップ
    とを備えた測角方法。
12. 【請求項１２】 荷重合成ステップにて、パワーインバ
    ージョン（ＰＩＡＡ）法を用いた荷重合成によって、所
    望波より受信電力レベルが大きい干渉波の到来方向にヌ
    ル又は低感度部を形成させて、当該干渉波の電力レベル
    を選択的に低減させた信号を出力することを特徴とする
    請求項１１記載の測角方法。
13. 【請求項１３】 測角処理ステップにて、スーパーレゾ
    リューション法を用いた測角処理によって到来波の入射
    角を推定することを特徴とする請求項１１又は請求項１
    ２記載の測角方法。
14. 【請求項１４】 測角処理ステップにて、荷重合成ステ
    ップで決定した荷重値で補正したステアリングベクトル
    を用いた測角処理によって到来波の入射角を推定するこ
    とを特徴とする請求項１１から請求項１３のうちのいず
    れか１項記載の測角方法。
15. 【請求項１５】 荷重合成手段を介さずに複数の素子ア
    ンテナが受信した到来波の信号を直接入力して、上記到
    来波の入射角を推定する第２の測角処理ステップを備え
    たことを特徴とする請求項１１から請求項１４のうちの
    いずれか１項記載の測角方法。
16. 【請求項１６】 複数の素子アンテナが受信した到来波
    の信号を入力して、上記到来波に含まれる入射波の個数
    を推定する入射波数推定ステップを備え、 荷重合成ステップにて、上記入射波数推定ステップで推
    定した入射波数に基づいて、荷重合成すべき信号数を決
    定することを特徴とする請求項１１から請求項１５のう
    ちのいずれか１項記載の測角方法。
17. 【請求項１７】 荷重合成ステップにて、到来波のうち
    測角対象の所望波より受信電力レベルが大きい干渉波の
    個数に１を加算した数を、荷重合成すべき信号数として
    設定することを特徴とする請求項１６記載の測角方法。
18. 【請求項１８】 荷重合成ステップにて、方向拘束付出
    力電力最小化（ＤＣＭＰ）法を用いた荷重合成によっ
    て、干渉波の到来方向にヌル又は低感度部を形成させ
    て、当該干渉波の電力レベルを選択的に低減させた信号
    を出力することを特徴とする請求項１１記載の測角方
    法。
19. 【請求項１９】 荷重合成ステップにて、最小二乗誤差
    （ＭＭＳＥ）法を用いた荷重合成によって、到来波に含
    まれる所望波とは無相関の干渉波の到来方向にヌル又は
    低感度部を形成させて、当該干渉波の電力レベルを選択
    的に低減させた信号を出力することを特徴とする請求項
    １１記載の測角方法。
20. 【請求項２０】 測角処理ステップにて、ＭＵＳＩＣ
    法、ＥＳＰＲＩＴ法及び最尤推定測角法のうちのいずれ
    か１つを用いた測角処理によって到来波の入射角を推定
    することを特徴とする請求項１３又は請求項１４記載の
    測角方法。
21. 【請求項２１】 複数の素子アンテナが受信した到来波
    の信号の一部又は全てを入力して、上記到来波に含まれ
    る測角対象の所望波以外の干渉波の到来方向にヌル又は
    低感度部を形成させる荷重合成を施す荷重合成手段、 上記荷重合成手段によって荷重合成された信号を測角処
    理して上記所望波の入射角を推定する測角処理手段とし
    てコンピュータを機能させるプログラム。
22. 【請求項２２】 荷重合成手段は、パワーインバージョ
    ン（ＰＩＡＡ）法を用いた荷重合成によって、所望波よ
    り受信電力レベルが大きい干渉波の到来方向にヌルを形
    成させて、当該干渉波の電力レベルを選択的に低減させ
    た信号を出力することを特徴とする請求項２１記載のプ
    ログラム。
23. 【請求項２３】 測角処理手段は、スーパーレゾリュー
    ション法を用いた測角処理によって到来波の入射角を推
    定することを特徴とする請求項２１又は請求項２２記載
    のプログラム。
24. 【請求項２４】 荷重合成手段は、方向拘束付出力電力
    最小化（ＤＣＭＰ）法を用いた荷重合成によって、干渉
    波の到来方向にヌル又は低感度部を形成させて、当該干
    渉波の電力レベルを選択的に低減させた信号を出力する
    ことを特徴とする請求項２１記載のプログラム。
25. 【請求項２５】 荷重合成手段は、最小二乗誤差（ＭＭ
    ＳＥ）法を用いた荷重合成によって、到来波に含まれる
    所望波とは無相関の干渉波の到来方向にヌル又は低感度
    部を形成させて、当該干渉波の電力レベルを選択的に低
    減させた信号を出力することを特徴とする請求項２１記
    載のプログラム。